随着医学科学技术的发展，电镜技术使病理学对疾病的认识从组织、细胞水平深入到细胞内超微结构水平，极大的开阔了人们的视野。通过对肿瘤细胞超微结构的研究，常可判断肿瘤的组织来源和分化程度，从而补充了光学显微镜的不足。电镜分辨率高，可达普通光学显微镜放大倍数的100万倍，在观察细胞超微结构上远优于光镜，但由于观察范围小，在观察肿瘤的组织结构和生长方式，以及在判断良、恶性肿瘤上均有不如光镜之处，因此，必须结合光镜的观察和其他诊断方法才能发挥其有效的作用。电镜包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜和超高压电镜等，这里介绍的是透射电子显微镜，也是应用最早、最广泛的一种电镜技术。
电镜在病理诊断中，主要用于一些肿瘤的鉴别。不同肿瘤细胞的超微结构改变，包括分泌颗粒、细胞器及细胞表面结构等数量及分布情况，有助于识别不同类型的肿瘤，特别是分化较差的恶性肿瘤的组织起源。
（一）分泌颗粒
1.黏液颗粒若分化较低癌细胞中出现黏液泡，说明其来源于能产生黏液的上皮。胃型胃癌的黏液颗粒含有低密度的黏液，且有一个高电子密度的负位核样体；前列腺癌细胞中可看到前列腺颗粒，呈溶酶体所特有的多形外观。
2.黑色素小体在不能确定为未分化癌或无色素性黑色素瘤的病例，若电镜下发现瘤细胞内有此小体，则为黑色素瘤。
3.APUD颗粒为有单层界膜的内分泌颗粒，常见于以下几种肿瘤：①类癌。在前肠类癌（胃、十二指肠、胸腺及支气管），此类颗粒小而致密均匀，主要分泌组织胺；中肠类癌（空肠、回肠、阑尾及右半结肠），颗粒大而多形性，密度均匀，含有5-HT；后肠类癌（左半结肠及直肠），大圆形颗粒致密均匀。见到癌细胞内有类癌颗粒，可以区别类癌与低分化腺癌。②胰岛细胞瘤。α颗粒为有致密圆形核心及薄层亮晕的颗粒，见于胃肠或胰腺的胃泌素瘤；β颗粒为有晶体砖块状核心，外有亮晕的颗粒，见于胰岛素瘤。根据以上颗粒可区别恶性胰岛细胞瘤及低分化胰腺癌。③嗜铬细胞瘤。有两种颗粒，一种较大，圆形或椭圆形，中等电子密度，周围有窄的壳带，具有肾上腺素的生化特性；另一种颗粒小，呈空泡状，并有一致密偏位核心，具有去甲肾上腺素的生化特征。④垂体腺瘤。依据分辨颗粒的大小，形态差异，结合免疫组化及临床表现，可以区分来源不同的各种垂体腺瘤。⑤甲状腺髓样癌及甲状旁腺腺瘤。均可见小圆形、质地致密的颗粒。⑥肺燕麦细胞癌和卵巢类癌。其颗粒小而十分致密。
（二）细胞器及细胞其他结构
1.粗面内质网由腺上皮细胞及合成蛋白质机能旺盛的细胞来源的肿瘤，粗面内质网均很丰富或较丰富，如肝细胞肿瘤富于粗面内质网且结构异常，常排列成指纹状或同心圆状，有的扩张成囊状，囊壁有乳头状突起，内分泌腺肿瘤的粗面内质网常短小呈多层排列。
2.微丝分化差的瘤细胞观测到有桥粒和张力原纤维，说明其为鳞状细胞癌，对区别低分化鳞癌与腺癌有很大意义。由肌细胞来源的恶性肿瘤，如横纹肌肉瘤，细胞内可见有肌微丝，在平滑肌肿瘤除了细丝外尚有致密体。
3.线粒体甲状腺嗜酸细胞腺瘤胞质中均可见大量线粒体，其他细胞器极少，线粒体形状不规则，有的如哑铃状。
4.微绒毛肠型胃癌的微绒毛中心有微丝组成的轴心，并可延伸至细胞质内，借此可与胃型胃癌区别。胆管癌及胆囊癌细胞表面的微绒毛呈分支状，间皮瘤表面可见密集细长的微绒毛，借此以区别低分化癌及肉瘤。
5.基板上皮组织来源的肿瘤细胞团块周围常可见基板包绕。间叶组织来源的肿瘤细胞周围一般无基板。神经鞘膜瘤及平滑肌瘤周围常可见外板包绕。
6.桥粒上皮组织来源的肿瘤细胞间均可见到桥粒，以鳞癌最显著。其他腺上皮、移行上皮及肝细胞等来源的肿瘤细胞间可见发育较差的桥粒。低分化或未分化癌细胞间桥粒极少，有时很难找到。
除以上结构外，肿瘤细胞中还可见到其他细胞器及结构，如核糖体、糖原、纤毛等，但特异性不大。
电镜除在肿瘤诊断和鉴别诊断上的应用外，临床上也用于其他疾病的诊断，如肝活检制成超薄切片，可根据肝细胞内病毒颗粒大小，分布部位等鉴别肝炎病毒的类型；肾穿刺活检制成超薄切片，可观测免疫复合物在肾小球沉积的部位、基膜变化的状况、上皮细胞足突的融合情况等，以此可对肾小球肾炎做出分类，为临床治疗和判断预后提供有价值的信息。
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