透射電子顯微鏡是使用較為廣泛的一類電鏡，具有分辨率高、可與其他技術聯用的優點。已廣泛應用于醫學、生物學等各個研究領域，成為組織學、病理學、解剖學以及臨床病理診斷的重要工具之一。
透射電子顯微鏡的應用領域：
1、材料領域
材料的微觀結構對材料的力學、光學、電學等物理化學性質起著決定性作用。透射電子顯微鏡作為材料表征的重要手段，不僅可以用衍射模式來研究晶體的結構，還可以在成像模式下得到實空間的高分辨像，即對材料中的原子進行直接成像，直接觀察材料的微觀結構。
2、物理學領域
在物理學領域中，電子全息術能夠同時提供電子波的振幅和相位信息，從而使透射電子顯微鏡在磁場和電場分布等與相位密切相關的研究上得到廣泛應用。目前，透射電子顯微鏡結合電子全息已經應用在測量半導體多層薄膜結構器件的電場分布、磁性材料內部的磁疇分布等方面。
3、化學領域
在化學領域，原位透射電子顯微鏡因其超高的空間分辨率為原位觀察氣相、液相化學反應提供了一種重要的方法。利用原位透射電子顯微鏡進一步理解化學反應的機理和納米材料的轉變過程，以期望從化學反應的本質理解、調控和設計材料的合成。目前，原位電子顯微技術已在材料合成、化學催化、能源應用和生命科學領域發揮著重要作用。透射電子顯微鏡可以在極高的放大倍數下直接觀察納米顆粒的形貌和結構，是納米材料Z常用的表征手段之一。
4、生物學領域
在生物學領域，X射線晶體學技術和核磁共振常被用來研究生物大分子的結構，已經能夠將蛋白質的位置精度確定到0.2nm，但是其各有局限。X射線晶體學技術基于蛋白質晶體，研究的常常是分子的基態結構，而對解析分子的激發態和過渡態無能為力。生物大分子在體內常常發生相互作用并形成復合物而發揮作用，這些復合物的結晶化非常困難。核磁共振雖然能夠獲得分子在溶液中的結構并且能夠研究分子的動態變化，但主要適合用來研究分子量較小的生物大分子。
