由于樣品臺的限制，SEM樣品必須足夠小，同時可能需要特殊的預處理來增加樣品的電導率和穩定性，以便樣品能夠承受高真空條件和高能電子束的轟擊。通常使用導電膠將樣品牢固地安裝在樣品臺或短柱上。SEM被廣泛用于半導體晶片的缺陷分析，制造商制造出可以檢查尺寸為300 mm的半導體晶片的任何部位的儀器。許多儀器都有著可以將該尺寸的物體傾斜45°并提供連續360°旋轉的腔室。
非導電樣品在被電子束掃過時會有電荷富集，特別是在二次電子成像模式下，這會導致掃描故障和其他圖片失真。在SEM中的常規成像中，樣品必須導電，至少表面是導電的，并且樣品要電接地，以防止靜電電荷的累積。除了做好清潔和安裝到樣品臺上時保證導電，金屬物體幾乎不需要為SEM做特殊的預處理。 非導電材料通常要通過低真空濺射或高真空蒸發沉積在樣品上涂覆超薄的導電材料涂層。目前用于樣品的涂層導電材料有金、金/鈀合金、鉑、銥、鎢、鉻、鋨[13] 和石墨。重金屬涂層可能會增加低原子序數(Z)樣品的信噪比。這種改進是因為高Z材料的二次電子發射得到了增強。
一些生物樣品不使用導電材料涂層，而是通過使用不同的OTO染色方法(四氧化鋨、硫代碳酰肼、鋨)浸漬鋨來增加材料的整體電導率。[13][14]
環境掃描電鏡(Environmental SEM, ESEM)或掃描電鏡的低壓操作模式可以用于對不含涂層的非導電樣品進行成像。[15] 在ESEM中，樣品被放置在相對高壓的腔室中，電子光學柱借助差動泵送入腔體以保持電子槍的真空度適當低。樣品周圍的高壓區域中和了電荷，并放大了二次電子信號。低壓掃描電子顯微鏡通常在具有場發射槍(Field-emission gun, FEG)的儀器中進行，場發射槍即使在低加速電壓下也能產生高能一次電子和小尺寸光斑。為防止對非導電樣品充電，必須調整工作條件，使入射束電流等于出射二次電子電流和背散射電子電流之和，最常見的工作條件加速電壓為0.3-4千伏時。
當原始樣品因方法限制或法律問題不適合或者不能用于掃描電鏡檢查時，可以人工合成復制品以避免使用原始樣品。該技術分為兩步: 一是使用硅基牙科彈性體制造出原始表面的模具，二是通過將合成樹脂倒入模具以獲得表面復型。[16]
當用背散射電子中成像或進行特征X射線顯微分析時，可以將生物和材料樣品嵌入樹脂再拋光至鏡面。
環境掃描電鏡無需以下概述的大多制備技術，但是一些生物樣品可以在固定時受益。
1 生物樣品
掃描電鏡的樣品，通常要求樣品完全干燥，因為樣品室處于高真空狀態。堅硬、干燥的材料，如木頭、骨頭、羽毛、干燥的昆蟲或貝殼(包括蛋殼[17])在檢測時所需的進一步處理很少，但是活細胞和組織以及完整的軟體生物需要化學固定來保存和穩定它們的結構。
固定通常首先是將樣品浸泡在含有化學固定劑(例如戊二醛，有時與甲醛結合)[18][19][20]和其他固定劑 [21]的緩沖溶液中，可能還有一步用四氧化鋨固定。[18] 接下來就是將固定好的組織脫水。由于空氣干燥會導致生物樣品塌陷和收縮，所以通常采用有機溶劑(如乙醇或丙酮)置換細胞中的水，再臨界干燥流體(如液態二氧化碳)置換這些溶劑來實現固定。[22] 二氧化碳最終在超臨界狀態下被去除，因此在干燥過程中樣品中不存在氣液界面。
干燥樣品一般用粘合劑(如環氧樹脂或導電雙面膠帶)固定在樣品臺上，并在用顯微鏡檢測前濺射金或金/鈀合金。如果要對生物體內部的超微結構進行成像，可以對樣品進行切片(用切片機)。
如果掃描電鏡裝備有低溫顯微鏡的冷凍樣品臺，可以使用冷凍固定，并用低溫掃描電子顯微鏡對冷凍固定的樣品進行檢測。[18] 冷凍固定的樣品可以在真空下在特殊設備中冷凍斷裂，以揭示內部結構，在保持冷凍狀態的同時濺射涂層并將其轉移到掃描電鏡冷凍臺上[23] 低溫掃描電子顯微鏡也適用于對溫度敏感的材料如冰[24][25] 和脂肪的成像。[26]
冷凍破碎、冷凍蝕刻或冷凍再破碎是一種特別適用于正面觀察類脂膜及其摻雜的蛋白質的制備方法。該制備方法揭示了嵌入在磷脂雙分子層的蛋白質。
2 材料
樣品的背散射電子成像、特征X射線分析和X射線成像通常需要將樣品研磨和拋光表面至超光滑表面。經過WDS或能譜分析的樣品通常包覆有碳。一般來說，金屬在掃描電鏡成像之前不會涂覆涂層，因為它們導電而且提供了它們自己的接地路徑。
斷面分析是對斷裂表面的研究，可以在光學顯微鏡上進行，或通常在掃描電鏡上進行。首先是將斷裂表面切割成合適的尺寸，并清除其他有機殘留物最后將其安裝在樣品架上，以便用掃描電鏡觀察。
集成電路可以用聚焦離子束(FIB) 或其他離子束銑削儀器切割，以便在掃描電鏡中觀察。第一種情況下可以將掃描電鏡與FIB結合。
金屬、地質樣品和集成電路都可以進行化學拋光，以便在掃描電鏡中觀察。
無機薄膜的高倍成像需要特殊的高分辨率涂層技術。