掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）電子顯微鏡表征膜的孔徑、孔徑分布及膜的形態結構。
制樣至關重要。濕膜樣品要經過脫水、蒸鍍、復型等處理。
逐級脫水法：膜樣品用5%餓酸固定，然后在提取器中用CCl4或乙醇逐級脫水，再用環氧樹脂包埋固化，最后用超薄切片機切成薄片。適用透射電子顯微鏡的觀察。
低溫冷凍脫水法：膜樣品放在液氮或其他低溫介質中冷凍，使膜樣品中的水急速冷凍為細小的結晶，然后在低溫（至少低于-60°C）和低真空下，使冷凍的結晶逐級升華。這樣制備的膜樣品不收縮，經鍍金或復型，可用電子顯微鏡觀測。
微濾膜的孔徑為0.05-10m，掃描電鏡可分辨。
超濾膜的孔徑為1nm-30mm，掃描電鏡的分辨率低于5-10nmnm，所以采用掃描電鏡觀測超濾膜的結構是困難的。
透射電鏡的分辨率比掃描電鏡要高得多，約為3-4A正確制樣，高分辨率的透射電鏡可以觀測超濾膜的表面細微結構。
環境掃描電子顯微鏡（ESEM），克服了常規SEM的局限性。使濕的、油性的、臟的和不導電的樣品不經處理就可直接上機觀測。