穿透式電子顯微術（TEM）

想像把一片染過色的薄薄果凍舉到明亮的燈前：深色部分擋住光，透明部分讓光透過，於是你看到的是裡面結構的一張影子圖。穿透式電子顯微術做的正是這件事，只不過用的是電子而非燈光。一束電子被筆直地射穿一片極薄的細胞切片，擋住電子的部分顯得發暗，從而以驚人的細節勾勒出細胞的內部結構。

在穿透式電鏡中，標本必須切得極其薄——常常不到十分之一微米——好讓電子能夠穿過它。鉛鹽或鈾鹽等重金屬染料會被浸入樣本，因為它們強烈散射電子；緻密、富含金屬的區域擋住電子束、顯得發暗，而讓電子通過的區域則顯得明亮。穿透出的電子打在下方的探測器或螢光屏上，構建出一張平面的二維橫截面，分辨率可達幾分之一奈米。

穿透式電鏡是以最高細節窺探細胞內部的主力工具：核膜的雙層膜、點綴在內質網上的核糖體、線粒體層疊的嵴。它最大的局限在於：它只能顯示薄薄的、已死的、經過化學處理的切片——永遠看不到一整個活細胞，也永遠沒有真實的顏色（發表的圖像中那些顏色都是事後加上去的）。由於每次只能看到一片薄切片，重建完整的三維形狀需要許多切片和細緻的解讀。