以下列舉電鏡常見的應用（截至1984年），其在對外貿易和軍事等其他領域也有其用武之地。

分子和原子形態的研究；晶體薄膜位錯和層錯的研究；表面物理現象的研究等。

高分子結構和性能方面的研究；一些有機復合材料的結構形態和添加劑的研究；催化劑的研究：各種無機物質性能、結構、雜質含盤的研究；甚至對一些化學反應過程的研究等。

在分子生物學、分子遺傳學及遺傳工程方面的研究；昆蟲分類的研究：人工合成蛋白質方面的研究以及對各種細菌；病毒、噬菌體等微生物的研究。

癌癥發病機理的研究及早期診斷；藥理及病理學方面的研究；計劃生育和節育藥物的研究；對病毒及干擾素方面的研究以及臨床診斷等。

因此，透射電子顯微鏡突破了光學顯微鏡分辨率低的限制，成為了診斷疑難腫瘤的一種新的工具。有研究報道，無色素性腫瘤、嗜酸細胞瘤、肌原性腫瘤、軟組織腺泡狀肉瘤及神經內分泌腫瘤這些在光鏡很難明確診斷的腫瘤，利用電鏡可以明確診斷電鏡主要是通過對超微結構的精細觀察，尋找組織細胞的分化標記，確診和鑒別相應的腫瘤類型。細胞凋亡與腫瘤有著密切的關系，電鏡對細胞凋亡的研究起著重要的作用，因此利用電鏡觀察細胞的超微結構病理變化和細胞凋亡情況，將為腫瘤的診斷和治療提供科學依據。

透射電子顯微鏡觀察的是組織細胞、生物大分子、病毒、細菌等結構，能夠觀察到不同病的病理結構，也可以鑒別一些腫瘤疾病，有研究報道電子顯微鏡技術通過超微結構觀察可以區分癌、黑色素瘤和肉瘤以及腺癌和間皮瘤；可區別胸腺瘤、胸腺類癌、惡性淋巴瘤和生殖細胞瘤；可區別神經母細胞瘤、胚胎性橫紋肌瘤、Ewing氏肉瘤、惡性淋巴瘤和小細胞癌；可區別纖維肉瘤、惡性纖維組織細胞瘤、平滑肌肉瘤和惡性神經鞘瘤以及區別梭形細胞癌和癌肉瘤。

地層的研究、分析、識別：礦石的分析研究：化石、古尸、古瓷及各種出土文物的分析研究：文物古董的真偽鑒別等。

精密合金的性能和工藝研究；鋼鐵材料斷口分析和夾雜物成分及分布的分析研究；耐高溫、高強度金屬材料及超導材料等的研究；金相分析等。

各種半導體器件如超大規模集成電路等的失效分析和性能檢查；硅單晶等各種半導體材料性能的分析研究；各種開關、電位器．接插件的可靠性研究及耐久性分析；錄音磁帶．磁粉晶形的分析檢查等。

熱處理工藝、焊接工藝、鑄造工藝等等的研究；破損機件的斷口分析等。

油田巖芯的研究分析：石油制品性能結構的研究和成分分析；催化劑的研究等等。

羊毛纖維、紙張和糧食等的質量評定；畬成纖維性能的研究：感光膠片的乳劑的研究等等。

各種陶瓷、玻璃、云母、石墨、人造金剛石及新型建筑材料的性能結構和工藝研究和成分分析。

放射性同位素以及反應堆所用特殊材料的研究分析。

航空和宇航特種材料的研究：高空生理和太空生理的研究；宇宙物質的研究分析等。

由于植物病毒引起的糧食、果樹、煙草等作物的病害的防治研究；家畜、家禽、戰馬等發生癌病的動物病毒的研究；雜交優勢以及誘發突變的研究。

刑事案件中。兇器及各種作案工具的判別與分析，為破案提供充分的證據。

大氣或水中的固體粉塵、微粒的分析研究和粒度測定等。