場發射掃描電子顯微鏡是一種把經加速和聚集的電子束透射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度等相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像在放大、聚焦后在成像器件(如熒光屏，膠片以及感光耦合組件)上顯示出來的顯微鏡。
場發射掃描電子顯微鏡的工作原理是：透射電鏡和光學顯微鏡的各透鏡及光路圖基本一致，都是光源經過聚光鏡會聚之后照到樣品，光束透過樣品后進入物鏡，由物鏡會聚成像，之后物鏡所成的一次放大像在光鏡中再由物鏡二次放大后進入觀察者的眼睛，而在電鏡中則是由中間鏡和投影鏡再進行兩次接力放大后最終在熒光屏上形成投影供觀察者觀察。電鏡物鏡成像光路圖也和光學凸透鏡放大光路圖一致。
場發射掃描電子顯微鏡是一種多功能的儀器、具有很多*的性能、是用途廣泛的一種儀器.它可以進行如下基本分析：
1、觀察納米材料：其具有很高的分辨率，可以觀察組成材料的顆粒或微晶尺寸在0.1-100nm范圍內，在保持表面潔凈的條件下加壓成型而得到的固體材料。
2、材料斷口的分析：其景深大，圖象富立體感，具有三維形態，能夠從斷口形貌呈現材料斷裂的本質，在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個強有力的手段。
3、直接觀察大試樣的原始表面：它能夠直接觀察直徑100mm，高50mm，或更大尺寸的試樣，對試樣的形狀沒有任何限制，粗糙表面也能觀察，這便免除了制備樣品的麻煩，而且能真實觀察試樣本身物質成分不同的襯度(背散射電子象)。
4、觀察厚試樣：其在觀察厚試樣時，能得到高的分辨率和*真實的形貌。
5、觀察試樣的各個區域的細節：試樣在樣品室中可動的范圍非常大，可以在三度空間內有6個自由度運動(即三度空間平移、三度空間旋轉)，這對觀察不規則形狀試樣的各個區域帶來極大的方便。
6、在大視場、低放大倍數下觀察樣品，用掃描電鏡觀察試樣的視場大：大視場、低倍數觀察樣品的形貌對有些領域是很必要的，如刑事偵察和考古。
7、進行從高倍到低倍的連續觀察：掃描電鏡的放大倍數范圍很寬(從5到20萬倍連續可調)，且一次聚焦好后即可從高倍到低倍、從低倍到高倍連續觀察，不用重新聚焦，這對進行分析特別方便。
8、觀察生物試樣：由于電子照射面發生試樣的損傷和污染程度很小，這一點對觀察一些生物試樣特別重要。
9、進行動態觀察：如果在樣品室內裝有加熱、冷卻、彎曲、拉伸和離子刻蝕等附件，則可以觀察相變、斷烈等動態的變化過程。
10、從試樣表面形貌獲得多方面資料：因為掃描電子象不是同時記錄的，它是分解為近百萬個逐次依此記錄構成的。使得掃描電鏡除了觀察表面形貌外還能進行成分和元素的分析，以及通過電子通道花樣進行結晶學分析，選區尺寸可以從10μm到3μm。
現在掃描電鏡已廣泛用于材料科學(金屬材料、非金屬材料、納米材料)、冶金、生物學、醫學、半導體材料與器件、地質勘探、病蟲害的防治、災害(火災、失效分析)鑒定、刑事偵察、寶石鑒定、工業生產中的產品質量鑒定及生產工藝控制等。
