掃描電鏡是利用二次電子信號成像來觀察樣品的表面形態(tài)。SEM掃描電鏡是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。

掃描電鏡利用電子和物質(zhì)的相互作用，可以獲取被測樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場或磁場等等。掃描電鏡正是根據(jù)上述不同信息產(chǎn)生的機(jī)理，采用不同的信息檢測器，使選擇檢測得以實(shí)現(xiàn)。如對二次電子、背散射電子的采集，可得到有關(guān)物質(zhì)微觀形貌的信息；對X射線的采集（能譜EDS），可得到物質(zhì)化學(xué)成分的信息。

從原理上講，SEM掃描電鏡是利用聚焦得非常細(xì)的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息。通過對這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察，掃描電鏡可以直接觀察觀察納米材料，進(jìn)行材料斷口的分析，直接觀察原始表面等。

而環(huán)境掃描電鏡的工作原理是采用多級真空壓差技術(shù)，在保持電子槍和鏡筒的高真空狀態(tài)下，樣品室內(nèi)可以保持較高的氣壓及較高的濕度和壓力，而且溫度可調(diào)，氣體二次電子探頭接收不導(dǎo)電樣品表面信號，便于觀察新鮮活體生物樣品，解決了生物樣品失水變形問題。樣品無須干燥及鍍膜，能保持生物活體形態(tài)結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。

環(huán)境掃描電鏡既可以在高真空狀態(tài)下工作，又可以在低直空狀態(tài)下工作。在利用高真空功能的時(shí)候，對于非導(dǎo)電材料和濕潤試樣，要經(jīng)過固定、脫水，干燥，鍍膜等系列處理后方可觀察。利用低真空功能，樣品可以省略預(yù)處理環(huán)節(jié)，直接觀察試樣，不存在化學(xué)固定所產(chǎn)生的各種問題，甚至可以觀察活體生物樣品。