Un des paramètres clés qui différencient les divers types de microscopes électroniques sont les techniques utilisées pour générer une image. Deux types de microscopie électronique sont généralement mises de l’avant: la microscopie électronique à transmission et la microscopie électronique à balayage. Comme son nom l’indique, le microscope électronique à transmission nécessite que les électrons soient transmis directement au travers d’une couche extrêmement mince du spécimen à observer, ce qui altère le faisceau et ses électrons. La capture d’une image, suite a altération des électrons par le sujet ainsi que par le système optique peut être fait par projection sur un écran phosphorescent qui, une fois touché par un faisceau d’électrons, va émettre des photons qui pourront être capturés par une caméra. Le résultat est une image en noir et blanc qui permet de visualiser des contrastes en fonction l’intensité de la transmission des électrons au travers du sujet; plus d’électrons passent sans altération, réflexion ou diffraction, plus cette section sera illuminée sur l’image.

La microscopie à balayage se différence à plusieurs endroits de la microscopie à transmission. Alors que ce dernier étudie les altérations au faisceau d’électrons à la suite de son passage dans une très mince couche de l’échantillon, la microscopie à balayage vise plutôt l’étude des interactions entre le faisceau et le sujet, via les produits libérés par ces interactions. À titre de comparaison, la microscopie optique est basée également sur ce principe; alors que la lumière entre en contact avec l’échantillon, les interactions entre la matière et les photons permettent la réflexion de photons à certaines longueurs d’ondes, qui pourront alors être observés. Similairement, lorsque le faisceau d’électrons interagit avec le sujet, des produits secondaires sont libérés et peuvent être capturés. Ces produits comprennent des électrons secondaires, nés de la collision d’un électron du faisceau avec un des électrons des atomes de la couche superficielle qui compose l’échantillon et son éjection subséquente, produisant un électron secondaire libre faiblement chargé. On y retrouve également des électrons rétrodiffusés, soit des électrons dont la trajectoire est altérée par leur passage près du noyau d’un atome, altération qui va varier en fonction de la composition atomique de l’échantillon, où un atome composé de plus de protons causera plus fréquemment une rétrodiffusion qu’un atome léger. Les produits d’émissions comprennent aussi des électrons d’Auger et des rayons X, quoi qu’ils seront utilisés dans des contextes plus spécifiques. 

Le terme “à balayage” fait référence au fait que, contrairement à la microscopie à transmission, le faisceau d’électrons ne sera pas émis sur la totalité de la cible en un instant. Le faisceau sera plutôt concentré sur un point, qui sera déplacé grâce à une partie supplémentaire du système optique, soit deux bobines positionnées perpendiculairement au faisceau qui, lorsqu’elles sont alimentées en courant, génèrent un champ magnétique qui redirige les électrons chargés. La lecture commence en haut à gauche de l’échantillon, selon des balayages de gauche à droite successifs, déplacés du haut vers le bas jusqu’à ce que le faisceau ait passé sur tout l’échantillon. 

Au cours du balayage, les électrons secondaires générés sont captés par un détecteur Everhart-Thornley qui produit un signal électrique en fonction des électrons captés. Lorsque le faisceau d’électrons passe sur une surface inclinée, celle-ci génère plus d’électrons secondaires, et donc, un signal plus important. Ainsi, lors de la production d’images, tout relief sera illustré, donnant aux images un aspect tridimensionnel caractéristique de la microscopie électronique à balayage.