從掃描電鏡電子槍燈絲發出的直徑20～35μm的電子束，受到陽極的1～40kV高壓的加速射向鏡筒，并受到diyi、二聚光鏡 (或單一聚光鏡)和物鏡的會聚作用，縮小成直徑約幾十埃的狹窄電子束射到樣品上。與此同時，偏轉線圈使電子束在樣品上作光柵狀的掃描。電子束與樣品相互作用將產生多種信號，其中Z重要的是二次電子。二次電子能量很低(小于50eV)，受到閃爍片上的高壓(+10kV)的吸引和加速射向閃爍片。閃爍片受到二次電子的沖擊把電子的動能轉變成可見光，光通過光導棒送到光電倍增管，在那里光被高倍放大并轉換成為電流。這個電信號經過前置放大、視頻放大后，用它去調制顯像管的電子束強度。

由于控制鏡筒入射電子束的掃描線圈的電路同時也控制顯像管的電子束在屏上的掃描，因此，兩者是嚴格同步的，并且樣品上被掃描的區域與顯像管的屏是點點對應的。在樣品上任何一點上的二次電子發射的強度的任何變化將表現為在屏上對應點的亮度的變化，組成了像。可在觀察顯像管的屏上觀察;也可把照相顯像管屏上的像拍攝記錄下來。

SEM掃描電鏡二次電子像的放大倍率由屏上圖像的大小與電子束在樣品上掃描區域的大小的比例決定：M=像的大小/掃描區域的大小。通常顯像管屏的大小是固定的，例如多用9寸或12寸顯像管，而電子束掃描區域大小很容易通過改變偏轉線圈的交變電流的大小來控制。因此，掃描電鏡的放大倍數很容易從幾倍一直達到幾十萬倍，而且可以連續地迅速地改變，這相當于從放大鏡到透射電鏡的放大范圍。