從上至下，TEM包含有一個可能由鎢絲制成也可能由六硼化鑭制成的電子發射源。對于鎢絲，燈絲的形狀可能是別針形也可能是小的釘形。而六硼化鑭使用了很小的一塊單晶。通過將電子槍與高達10萬伏-30萬伏的高電壓源相連，在電流足夠大的時候，電子槍將會通過熱電子發射或者場電子發射機制將電子發射入真空。該過程通常會使用柵極來加速電子產生。一旦產生電子，TEM上邊的透鏡要求電子束形成需要的大小射在需要的位置，以和樣品發生作用。
對電子束的控制主要通過兩種物理效應來實現。運動的電子在磁場中將會根據右手定則受到洛倫茲力的作用，因此可以使用磁場來控制電子束。使用磁場可以形成不同聚焦能力的磁透鏡，透鏡的形狀根據磁通量的分布確定。另外，電場可以使電子偏斜固定的角度。通過對電子束進行連續兩次相反的偏斜操作，可以使電子束發生平移。這種作用在TEM中被用作電子束移動的方式，而在掃描電子顯微鏡中起到了非常重要的作用。通過這兩種效應以及使用電子成像系統，可以對電子束通路進行足夠的控制。與光學顯微鏡不同，對TEM的光學配置可以非常快，這是由于位于電子束通路上的透鏡可以通過快速的電子開關進行打開、改變和關閉。改變的速度僅僅受到透鏡的磁滯效應的影響。