掃描穿透式電子顯微鏡（scanning transmission electron microscopy）
傳統 TEM 一次用寬束把整個試片照亮，成像方式像幻燈機把畫面投到牆上。掃描穿透式電子顯微鏡（STEM）反其道而行，更像在黑暗中用手電筒探索：它把電子聚成一個極細的探針——在像差校正儀器中可小於一埃——並把這個探針逐點掃過薄試片，由每一點透過的訊號一個像素一個像素地建立影像。它本質上是掃描式電子顯微鏡的逐行掃描想法，只是改在薄膜中以穿透方式進行。
因為影像是逐像素建立的，你可以在試片下方不同角度放置偵測器，來選擇每一點要量什麼。一個軸上的小偵測器接收未偏折的束，得到明場影像。一個環形偵測器接收散射到中等角度的電子（環形暗場）。一個更大的環只接收被拋到高角度的電子，就得到高角度環形暗場（HAADF），這是 Z 對比成像的基礎。極大的加分是：當探針停在某一根原子柱上時，你可以同時採集它的能量損失譜（EELS）或發出的 X 光（EDS），於是結構與化學組成一根柱一根柱地一起繪出。
STEM 的強項是它的影像可以比 HRTEM 的干涉條紋更能直接判讀：高角度散射大致是非同調的，所以 HAADF 影像表現得像一張誠實的「重原子在哪裡」地圖，沒有相位對比成像那種隨焦距反轉的對比。代價是苛刻的硬體與穩定度。你需要明亮、同調的場發射源，要達原子解析度還要像差校正；而且因為影像是緩慢地逐點拼出來的，掃描期間試片的漂移與掃描失真是長存的敵人，樣品只要稍動就會把原子晶格塗糊或扭曲。
把一個次埃探針沿低指數軸掃過鈣鈦礦氧化物，HAADF-STEM 偵測器建立出的影像中，每一根重金屬原子柱都是暗格子上的銳利亮點。當探針停留在每根柱上時，讀出一條 EELS 譜，因此單次掃描同時回傳原子位置與每根柱上是哪種元素。
STEM 逐像素建立影像，讓結構（HAADF）與化學（EELS/EDS）在同一批原子柱上同時繪製。
因為 STEM 影像是隨時間逐點掃描的，採集期間的試片漂移與掃描失真會扭曲看似的晶格——這是真實的失真，不是材料的缺陷。慢速掃描以訊號換取更高的漂移機率。