光学显微镜的成像研究和设计,是以人眼可见光光线（人们常说的：可见光）的物理现象为基础进行的.光学显微镜的分辨力受可见光波长的限制,质量较好的光学显微镜的分辨极限约为0.2μm.小于光波波长的物体因衍射而不能成像.
为了观察到更细微的物体和结构,科学家采用更短波长的电子射线来代替光波,设计出了电子显微镜.电子微粒高速运动时,其行为类似光波的传播过程.
扫描隧道显微镜,利用加电压的纳米级近距离物体尖端放电现象,采用电子放大技术,描画物体精细表明结构,从而达到放大显示物体形貌的“显微镜”效果,揭示尺寸接近原子、分子大小的微观世界.