臺式掃描電鏡電子槍發射出來的電子束，在加速電壓的作用下，經過電磁透鏡系統匯聚，形成一個細的電子束斑聚焦在樣品表面，末級透鏡上裝有的掃描線圈可控制電子束在樣品表面掃描，同時高能電子束作用在樣品表面會激發出各種信號，主要包括：二次電子、背散射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰級熒光和透射電子等，這些信號被相應的接收器接收，經放大后送到顯像管的柵級上，調制顯像管的亮度，電子束打到樣品上一點，在顯像管熒光屏上就出現一個亮點，sem掃描電鏡就是這樣采用逐點成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序成比例地轉換為視頻信號，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。

臺式掃描電鏡的工作原理是利用物理學上的隧道效應及隧道電流。隧道效應是指金屬中部分能量低于表面勢壘的自由電子能夠穿透金屬表面勢壘，形成金屬表面上的“電子云”的效應。隧道電流是指當兩種金屬靠得很近時（幾納米以下），兩種金屬的電子云將互相滲透，當加上適當的電壓時，即使兩種金屬并未真正接觸，也會有電流由一種金屬流向另一種金屬。

臺式掃描電鏡利用電子隧道現象，將樣品本身作為一個電級，另個電級是一根非常尖銳的探針，把探針移近樣品，并在兩者之間加上電壓，當探針和樣品表面相距只有數十埃時，由于睡道效應在探針與樣品表面之間就會產生隧道電流并保持不受；若表面有微小起伏，哪怕只有原子大小的起伏，也將使穿透電流發生成千上萬信的變化。

這種攜帶原子結構的信息輸入電子計算機，經過處理即可在熒光屏上顯示出一幅物體的三維圖像，其分率達到了原子水平，放大倍數可達3億倍，很小可分的兩點距離為原子直徑的1/10，分辨率高達0.01nm。