透射电子显微镜是一种可以观察样品内部结构的测量装置。
一种电子显微镜，通过用电子束照射极薄的样品并检测穿过样品的透射电子和散射电子来观察其内部。它被广泛应用于材料工程和生物化学等领域，因为它可以在高放大倍率下观察样品的内部结构，这是用光学显微镜无法观察到的。 （英文：透射电子显微镜（TEM））
透射电子显微镜用于以数百至数百万倍的放大倍数观察样品的内部结构。
从几十微米水平的整个细胞到几埃（1埃（埃）= 10 -10 m）水平的原子排列结构，都可以观察到。可支持多种物体的观察，如半导体、陶瓷等多种材料的结构分析，细胞、细菌等生物样品的结构分析。通过调整透镜系统观察电子衍射图案，通过添加光谱仪进行元素分析和状态分析等，可以获得各种信息。与扫描透射电子显微镜（STEM）不同，它可以一次获取全部图像数据，因此有时用于观察结构随时间的变化。
透射电子显微镜的原理是用加速电子照射样品并检测穿过样品的电子以观察内部状态。虽然结构类似于光学显微镜，但使用的光源是电子束而不是可见光，因此样品必须足够薄以允许电子通过（大约100 nm或更小）。通过样品传输的电子密度的差异表现为对比度。
照射样品的电子的波长越短（能量越高），分辨率就越高。当电子以300 kV的加速电压加速时，波长为0.00197 nm，比光学显微镜中使用的可见光的波长（约380 nm至约780 nm）短得多，因此可以高分辨率观察（~0.1 纳米）。
加速电压越高，波长越短，分辨率越高，但对样品的损伤也相应增大，因此必须适当调整。由于光学系统像差等因素，分辨率上限约为50 pm。
