1、照明系統
該系統分成兩部分：電子槍和會聚鏡。電子槍由燈絲(陰極)、柵級和陽極組成。加熱燈絲發射電子束。在陽極加電壓，電子加速。陽極與陰極間的電位差為總的加速電壓。經加速而具有能量的電子從陽極板的孔中射出。射出的電子束能量與加速電壓有關，柵極起控制電子束外形的作用。電子束有一定的發散角，經會聚鏡調節后，可看得到發散角，很小甚至為0的平行電子束。電子束的電流密度(束流)可通過調節會聚鏡的電流來調節。
樣品上需要照明的區域大小與放大倍數有關．放大倍數愈高，照明區域愈小，相應地要求以更細的電子束照明樣品．由電子槍直接發射出的電子束的束斑尺寸較大，相干性也較差。為了更有效地利用這些電子，獲得亮度高、相干性好的照明電子束以滿足透射電鏡在不同放大倍數下的需要，由電子槍子槍發射出來的電子束還需要進一步會聚，提供束斑尺寸不同、近似平行的照明束．這個任務通常由兩個被叫做聚光鏡的電磁透鏡完成．圖中C1和C2分別表示第一聚光鏡和第二聚光鏡．C1通常保持不變，其作用是將電子槍的交叉點成一縮小的像，使其尺寸縮小一個數目級以上．此外，在照明系統中還安裝有束傾斜裝置，可以很方便地使電子束在2°～3°的范圍內傾斜，以便以某些特定的傾斜角度照明樣品。
2、成像系統
該系統包括樣品室、物鏡、中間鏡、反差光欄、衍射光欄、投射鏡以及其它電子光學部件。樣品室有一套機構，保證樣品經常更換時不破壞主體的真空。樣品可在X、Y二方向移動，以便找到所要觀察的位置。經過會聚鏡得到的平行電子束照射到樣品上，穿過樣品后就帶有反映樣品特征的信息，經物鏡和反差光欄作用形成一次電子圖象，再經中間鏡和投射鏡放大一次后，在熒光屏上得到最后的電子圖象。
照明系統提供了一束相干性很好的照明電子束，這些電子穿越樣品后便攜帶樣品的結構信息，沿各自不同的方向傳播(比如，當存在滿足布拉格方程的晶面組時，可能在與進射束交成2θ角的方向上產生衍射束)．物鏡將來自樣品不同部位、傳播方向相同的電子在其背焦面上會聚為一個斑點，沿不同方向傳播的電子相應地形成不同的斑點，其中散射角為零的直射束被會聚于物鏡的焦點，形成中心斑點．這樣，在物鏡的背焦面上便形成了衍射花樣．而在物鏡的像平面上，這些電子束重新組合相干成像．通過調整中間鏡的透鏡電流，使中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合，可在熒光屏上得到衍射花樣若使中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合則得到顯微像．通過兩個中間鏡相互配合，可實現在較大范圍內調整相機長度和放大倍數。
透射電子顯微鏡與透射光學顯微鏡光路比較
3、觀察照相室
電子圖像反映在熒光屏上。熒光發光和電子束流成正比。把熒光屏換成電子干板，即可照相。干板的感光能力與其波長有關。
4、真空系統
真空系統由機械泵、油擴散泵、離子泵、真空丈量儀表及真空管道組成。它的作用是排除鏡筒內氣體，使鏡筒真空度至少要在10-5托以上，目前最好的真空度可以達到10-9—10-10托。假如真空度低的話，電子與氣體分子之間的碰撞引起散射而影響襯度，還會使電子柵極與陽極間高壓電離導致極間放電，殘余的氣體還會腐蝕燈絲，污染樣品。
5、供電控制系統
加速電壓和透鏡磁電流不穩定將會產生嚴重的色差及降低電鏡的分辨本領，所以加速電壓和透鏡電流的穩定度是衡量電鏡性能好壞的一個重要標準。透射電鏡的電路主要由以下部分組成，高壓直流電源、透鏡勵磁電源、偏轉器線圈電源、電子槍燈絲加熱電源，以及真空系統控制電路、真空泵電源、照相驅動裝置及自動曝光電路等。
另外，很多高性能的電鏡上還裝備有掃描附件、能譜議、電子能量損失譜等儀器。
