Jenis mikroskop elektron yang mencitrakan permukaan sampel oleh pemindaian dengan pancaran tinggi elektron. Elektron yang berinteraksi dengan atom yang membentuk sampel menghasilkan sinyal yang berisi informasi tentang sampel dari permukaan topografi, komposisi dan sifat lainnya seperti daya konduksi listrik.
Sampel untuk SEM dapat berupa padatan, spesimen ruah dari berbagai ukuran yang akan muat dalam ruang spesimen. Sampel umumnya dipasang dengan kuat pada dudukan spesimen yang disebut stub spesimen menggunakan perekat konduktif, namun penjepit mekanik adalah alternatif yang mungkin. Beberapa model SEM bisa meneliti setiap bagian dari suatu wafer semikonduktor berukuran 6-inci (15 cm), dan beberapa dapat memiringkan objek dengan ukuran tersebut sebesar 45° dan memberikan terus menerus rotasi 360°.