掃描電鏡是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態。SEM掃描電鏡是介于透射電鏡和光學顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質性能進行微觀成像。

掃描電鏡利用電子和物質的相互作用，可以獲取被測樣品本身的各種物理、化學性質的信息，如形貌、組成、晶體結構、電子結構和內部電場或磁場等等。掃描電鏡正是根據上述不同信息產生的機理，采用不同的信息檢測器，使選擇檢測得以實現。如對二次電子、背散射電子的采集，可得到有關物質微觀形貌的信息；對X射線的采集（能譜EDS），可得到物質化學成分的信息。

從原理上講，SEM掃描電鏡是利用聚焦得非常細的高能電子束在試樣上掃描，激發出各種物理信息。通過對這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察，掃描電鏡可以直接觀察觀察納米材料，進行材料斷口的分析，直接觀察原始表面等。

而環境掃描電鏡的工作原理是采用多級真空壓差技術，在保持電子槍和鏡筒的高真空狀態下，樣品室內可以保持較高的氣壓及較高的濕度和壓力，而且溫度可調，氣體二次電子探頭接收不導電樣品表面信號，便于觀察新鮮活體生物樣品，解決了生物樣品失水變形問題。樣品無須干燥及鍍膜，能保持生物活體形態結構的真實性。

環境掃描電鏡既可以在高真空狀態下工作，又可以在低直空狀態下工作。在利用高真空功能的時候，對于非導電材料和濕潤試樣，要經過固定、脫水，干燥，鍍膜等系列處理后方可觀察。利用低真空功能，樣品可以省略預處理環節，直接觀察試樣，不存在化學固定所產生的各種問題，甚至可以觀察活體生物樣品。