分辨能力是電子顯微鏡的重要指標，電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點的最小間距來表示，它與透過樣品的電子束入射錐角和波長有關。可見光的波長約為300～700奈米，而電子束的波長與加速電壓有關。依據波粒二象性原理，高速的電子的波長比可見光的波長短，而顯微鏡的解析度受其使用的波長的限制，因此電子顯微鏡的解析度(約0.2奈米)遠高於光學顯微鏡的解析度(約200奈米)。當加速電壓為50～100千伏時，電子束波長約為0.0053～0.0037奈米。由於電子束的波長遠遠小於可見光的波長，所以即使電子束的錐角僅為光學顯微鏡的1%，電子顯微鏡的分辨本領仍遠遠優於光學顯微鏡。光學顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，而現代電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，所以透過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝於光學顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷。其他的問題，如電子槍亮度和電子透鏡質量的提高等問題也有待繼續研究。