透射电子偏光显微镜的工作原理是电子束穿过样品后通过电子透镜放大成像。虽然有几万乃至上百万伏特电位的加速.无奈电子质量太小，单个电子的能最仍然有限，所以能被电子穿透的材料必须非常薄，也就是说透射电镜的样品要求非常薄，电子才能在荧光屏上成像。透射电子偏光显微镜能直接观察的样品必须是薄膜状的。当样品达到一定厚度时，要观察其表面状貌，就需要专门制作完全反映它们状貌的薄膜。具体方法是用一定的胶体，如火棉胶等涂砚在样品欲观察的表面上，等胶体固化后成为负膜，揭下负膜将其放在镀膜机中镀制正膜，一般为碳膜。溶解除去负膜后得到正确重现样品观察面状貌的碳膜，将碳膜放人显微镜中观察。

    透射电镜非常适合观察生物切片及化学、物理薄膜。像考古学中动物、植物的表皮分析，细胞组织观察以及晶体薄膜的结晶错位和相差、位差分析等等。对于金属样品，如果能制成薄腆，还可以进行选区衍射或高分辨衍射。

    对于较厚的样品，电子束因为能反不够而无法穿透，即使可以穿透，电子透过样品后能童损失较大，可能会发生速度离散，从而带来较大的色差，严重影响成像质最。用复制的材料表面样品可以观察到材料的表面情况，如果是断裂表面，可以看到疲劳线、滑移带，然后追溯到断裂源是有杂质、有气泡还是有细裂纹，进而判断断裂发生的原因来自材料本身还是因为加工不当而引起的，另外，从表面状貌还可以看到材料形成的不同条件引起材料结构的不同，从而分析材料加工条件及生产过程的控制。图8.11是不锈钢薄膜中观察到的结晶的错位情况，从中可以清楚看到中心处一个结晶错位，图8. 12周期性应力作用后的铜的滑移带的电子偏光显微镜照片，由此照片分析应力的作用情况，从而分析其来源并找到避免应力的方法。图8.13是一种钢材在不同退火条件下的不同结构电子偏光显微镜照片，从中可以清楚地看到不同退火温度对其材料结构的影响。

    电子在穿透样品时经历的各种相互作用使透射电子和散射电子中带有材料信息.例如利用散射吸收引起的反差可获得样品的质量密度的分布信息。对更薄的样品，由电子波的相位变化引起的相位反差，可显示出原子排列的图像，从而提供结构与某些化学成分信息。但是。相位反差的形成过程中，透射波只是起了参考波的作用，所带信息有限。所以材料分析不是透射电子偏光显微镜的主要用途。