環境掃描電子顯微鏡在普通掃描電鏡的基礎上環掃實現較高的低真空，其核心技術就是采用兩級壓差光柵和氣體二次電子探測器，還有一些其它相關技術也相繼得到完善。
環境掃描電子顯微鏡是使用1個分子泵和2個機械泵，2個壓差(壓力限制)光柵將主體分成3個抽氣區，鏡筒處于高真空，樣品周圍為環境狀態，樣品室、光路和電子槍室的真空度P0、P1和P2分別相差一至兩個數量級，允許樣品室內有氣體流動，最高達50Torr，一般1Torr-20Torr，樣品室的溫度、氣壓和相對濕度可以調節，樣品室和鏡筒之間存在一個緩沖過渡狀態。附加一個環境預處理室，把樣品進行完全或部分處理后，通過門閥再轉置到顯微鏡的觀察室中。
在觀察過程中，還可以通過特殊的操作器系統，對樣品進一步處理，并配有一個氣氛檢測裝置，對環境氣氛的壓力大小進行測量和控制使用時，高真空、低真空和環境3個模式可根據情況任意選擇，并且在3種情況下都配有二次電子探測器，都能達到3.5nm的二次電子圖像分辨率。