透射电子显微镜结构包括两大部分：主体部分为照明系统、成像系统和观察照相室;辅助部分为真空系统和电气系统。
1、照明系统
该系统分成两部分：电子枪和会聚镜。电子枪由灯丝(阴极)、栅级和阳极组成。加热灯丝发射电子束。在阳极加电压，电子加速。阳极与阴极间的电位差为总的加速电压。经加速而具有能量的电子从阳极板的孔中射出。射出的电子束能量与加速电压有关，栅极起控制电子束外形的作用。电子束有一定的发散角，经会聚镜调节后，可看得到发散角，很小甚至为0的平行电子束。电子束的电流密度(束流)可通过调节会聚镜的电流来调节。
样品上需要照明的区域大小与放大倍数有关.放大倍数愈高，照明区域愈小，相应地要求以更细的电子束照明样品.由电子枪直接发射出的电子束的束斑尺寸较大，相干性也较差。为了更有效地利用这些电子，获得亮度高、相干性好的照明电子束以满足透射电镜在不同放大倍数下的需要，由电子枪子枪发射出来的电子束还需要进一步会聚，提供束斑尺寸不同、近似平行的照明束.这个任务通常由两个被叫做聚光镜的电磁透镜完成.图中C1和C2分别表示第一聚光镜和第二聚光镜.C1通常保持不变，其作用是将电子枪的交叉点成一缩小的像，使其尺寸缩小一个数目级以上.此外，在照明系统中还安装有束倾斜装置，可以很方便地使电子束在2°～3°的范围内倾斜，以便以某些特定的倾斜角度照明样品。
2、成像系统
该系统包括样品室、物镜、中间镜、反差光栏、衍射光栏、投射镜以及其它电子光学部件。样品室有一套机构，保证样品经常更换时不破坏主体的真空。样品可在X、Y二方向移动，以便找到所要观察的位置。经过会聚镜得到的平行电子束照射到样品上，穿过样品后就带有反映样品特征的信息，经物镜和反差光栏作用形成一次电子图象，再经中间镜和投射镜放大一次后，在荧光屏上得到的电子图象。
照明系统提供了一束相干性很好的照明电子束，这些电子穿越样品后便携带样品的结构信息，沿各自不同的方向传播(比如，当存在满足布拉格方程的晶面组时，可能在与进射束交成2θ角的方向上产生衍射束).物镜将来自样品不同部位、传播方向相同的电子在其背焦面上会聚为一个斑点，沿不同方向传播的电子相应地形成不同的斑点，其中散射角为零的直射束被会聚于物镜的焦点，形成中心斑点.这样，在物镜的背焦面上便形成了衍射花样.而在物镜的像平面上，这些电子束重新组合相干成像.通过调整中间镜的透镜电流，使中间镜的物平面与物镜的背焦面重合，可在荧光屏上得到衍射花样若使中间镜的物平面与物镜的像平面重合则得到显微像.通过两个中间镜相互配合，可实现在较大范围内调整相机长度和放大倍数。
3、观察照相室
电子图像反映在荧光屏上。荧光发光和电子束流成正比。把荧光屏换成电子干板，即可照相。干板的感光能力与其波长有关。
4、真空系统
真空系统由机械泵、油扩散泵、离子泵、真空丈量仪表及真空管道组成。它的作用是排除镜筒内气体，使镜筒真空度至少要在10-5托以上，目前好的真空度可以达到10-9—10-10托。假如真空度低的话，电子与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬度，还会使电子栅极与阳极间高压电离导致极间放电，残余的气体还会腐蚀灯丝，污染样品。
5、供电控制系统
加速电压和透镜磁电流不稳定将会产生严重的色差及降低电镜的分辨本领，所以加速电压和透镜电流的稳定度是衡量电镜性能好坏的一个重要标准。透射电镜的电路主要由以下部分组成，高压直流电源、透镜励磁电源、偏转器线圈电源、电子枪灯丝加热电源，以及真空系统控制电路、真空泵电源、照相驱动装置及自动曝光电路等。
另外，很多高性能的电镜上还装备有扫描附件、能谱议、电子能量损失谱等仪器。
