電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。
鏡筒主要有電子源、電子透鏡、樣品架、熒光屏和探測器等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個柱體。
電子透鏡用來聚焦電子，是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件。一般使用的是磁透鏡，有時也有使用靜電透鏡的。它用一個對稱于鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與光學顯微鏡中的光學透鏡（凸透鏡）使光束聚焦的作用是一樣的，所以稱為電子透鏡。光學透鏡的焦點是固定的，而電子透鏡的焦點可以被調節，因此電子顯微鏡不像光學顯微鏡那樣有可以移動的透鏡系統。現代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩定的直流勵磁電流通過帶極靴的線圈產生的強磁場使電子聚焦。電子源是一個釋放自由電子的陰極，柵極，一個環狀加速電子的陽極構成的。陰極和陽極之間的電壓差必須非常高，一般在數千伏到3百萬伏特之間。它能發射并形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩定度要求不低于萬分之一。
樣品可以穩定地放在樣品架上，此外往往還有可以用來改變樣品（如移動、轉動、加熱、降溫、拉長等）的裝置。
探測器用來收集電子的信號或次級信號。
真空裝置用以保障顯微鏡內的真空狀態，這樣電子在其路徑上不會被吸收或偏向，由機械真空泵、擴散泵和真空閥門等構成，并通過抽氣管道與鏡筒相聯接。
電源柜由高壓發生器、勵磁電流穩流器和各種調節控制單元組成。