Електронні пучки одержали широке практичне застосування в приладах електронної мікроскопії. Використовуючи джерела вільних електронів і різні типи лінз, фокусуючих чи дефокусуючих пучки електронів, сконструйоване велике число аналогів оптичних пристроїв. Фізичні основи електронно-оптичних приладів були закладені майже за сто років до створення електронного мікроскопа ірландським математиком У.Р. Гамильтоном, що установив існування аналогії між проходженням світлових променів в оптично неоднорідних середовищах і траєкторіями часток у силових полях. Перспективність застосування електронної оптики стала ясна після висування в 1924 р. гіпотези про хвилі  де Бройля. Завдяки надзвичайно малій довжині хвилі електронів, межа дозволу, що характеризує здатність приладу відобразити роздільно дрібні, максимально близько розташовані деталі об'єкта, в електронного мікроскопа складає 2-30 А. Це в кілька тисяч разів менше, ніж для оптичного мікроскопа. Перше зображення об'єкта, сформоване пучками електронів, було отримано в 1931 р. німецькими вченими М. Кноллем і Э.Руска.