十九世纪中期，人们发明了光学显微镜。
最早的显微镜是由一个叫詹森的眼镜制造匠人于 1590 年前后发明的。这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的，制作水平还很低。詹森虽然是发明显微镜的第一人，却并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因，詹森的发明并没有引起世人的重视。事隔 90 多年后，显微镜又被荷兰人列文虎克研究成功了，并且开始真正地用于科学研究试验。关于列文虎克发明显微镜的过程，也是充满偶然性的
1665年，英国学者胡克(Robert Hooke)设计制造了首架光学显微镜，当时放大倍数为40~140倍，并用此首次观察并描述了植物细胞，同年发表《显微图谱》一书。
此后，荷兰学者列文·虎克(A。V。Leeuwenhoek)用自己设计的更先进的显微镜观察了动物细胞，并描述了细胞核的形态。直到今天，光学显微技术已从普通复式光学显微技术发展为荧光显微技术、共焦点激光扫描显微镜技术、数字成象显微镜技术、暗场显微镜技术、相差和微分干涉显微镜技术和录像增加反差显微镜技术等等。
可见，光学显微技术已成为人类认识微观世界的必要工具，借助它，使人们认识了细胞。然而，准确的理论计算表明，光学显微镜质量无论无何改善--不论是用多少组镜片，使用油镜头还是加强光源，放大率至多1000~1500，分辨本领至多 。这就成为人类认识更小的物体：病毒和分子、原子的瓶颈问题。
著名物理学家海仑霍尔等人在理论上证明：限制光学显微镜分辨本领及放大率的因素是光的波长。因而人们转向寻找一种成像媒介--波，它具有可视、可拍摄照片、波长短、且能用装置改变波的运动路线的特点。
20世纪初，恰伊斯发明了紫外光显微镜，将分辨率提高为 ，这是一次质的飞跃，但紫外线仍不是最好的成像媒介，不能满足科研和生产需要。
1926年，德国科学家蒲许指出，具有轴对称性的磁场对电子束起着透镜作用。可惜研究者没有考虑到利用它放大物体。
1932年，柏林科工大学压力实验室的年轻研究员卢斯卡和克诺尔对阴极射线示波器做了一些改进，成功得到放大几倍后的铜网图像，这大大鼓舞了人们，确立了电子显微法。
1933年底，卢斯卡制成了能放大一万倍的电子显微镜，并拍摄了金属箔和纤维的放大像。使电子显微镜的放大倍数超过了光学显微镜。
1937年，柏林科工大学的克劳塞和穆勒成功的制出了分辨率为纳米级（10-9m）的电子显微镜，西门子公司得知后，将主要精力转到适用电子显微镜的制造上，并聘请了卢斯进行研究。次年，西门子公司第一批分辨率为 的电子显微镜上市。
随后，在人们的研究下，电子显微镜的质量不断提高。如今，其分辨率和放大倍数使人们能更准确地认识了病毒、分子、原子和夸克。
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