На початок 1900-х років подальший поступ у вивченні структури клітини призупинилося, тому що навіть найдосконаліший світловий мікроскоп не міг забезпечити збільшення понад 1500. Обмеження визначалося самою природою світла.
Світло - це одна з форм електромагнітного випромінювання, здатного поширюватися у вигляді послідовності хвиль. Око людини сприймає електромагнітні випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 400 нм (фіолетовий колір) до 700 нм (червоний колір).
Цей видиме світло становить, однак, лише невелику частину повного електромагнітного спектра, Що включає випромінювання з різною довжиною хвилі. Випромінювання з будь довжиною хвилі поширюються зі швидкістю світла, але чим менше довжина хвилі, тим більшу енергію вона несе.
Не можна розгледіти об'єкт розміром менше половини довжини хвилі використовуваного випромінювання, Тому що об'єкт повинен бути досить великий, щоб перешкоджати проходженню волі. Дрібний об'єкт, який можна побачити, використовуючи видиме світло, повинен бути тому не менше 200 нм в діаметрі (половина довжини хвилі у фіолетовій області спектру).
Враховуючи розміри деяких клітин і клітинних органел (Про них ми говорили вище), легко зрозуміти, що, наприклад, мітохондрії (1 мкм, або 1000 нм) повинні виглядати в світловому мікроскопі просто як якісь дрібні гранули всередині клітин. Рибосоми ж у ньому взагалі не видно.
Отже, світловий мікроскоп не дозволяє познайомитися з детальною структурою мітохондрій, рибосом та інших клітинних компонентів.
Віддаючи собі звіт в цих обмеженнях світлового мікроскопа, вчені робили спроби сконструювати мікроскоп, В якому використовувалося б випромінювання зі значно меншою довжиною хвилі.
Спочатку для цього спробували використовувати рентгенівські промені, але незабаром з'ясувалося, що найкращі результати здатний дати електронний мікроскоп. У ньому замість світлового випромінювання використовується пучок електронів. Електрони - це негативно заряджені частинки, що обертаються навколо ядер атомів. За певних умов вони поводяться як хвилі. У порівнянні з видимим світлом вони володіють двома важливими перевагами.
По-перше, у них надзвичайно мала довжина хвилі, Майже така ж, як у рентгенівських променів, і, по-друге, оскільки вони несуть негативні заряди, їх можна сфокусувати за допомогою електромагнітних лінз (електромагнітів).
Електромагнітні лінзи направляють пучок електронів точно так само, як скляні лінзи направляють пучок світлових променів.
Електронний мікроскоп дає можливість отримати для біологічних об'єктів збільшення порядку 250000. З деякими матеріалами вдається досягти еше більшого збільшення і тепер іноді отримують навіть зображення окремих атомів.