透射電子顯微鏡由以下幾大部分組成：照明系統，成像光學系統；記錄系統；真空系統；電氣系統。成像光學系統，又稱鏡筒，是透射電鏡的主體。（詳見右圖）
照明系統主要由電子槍和聚光鏡組成。電子槍是發射電子的照明光源。聚光鏡是把電子槍發射出來的電子會聚而成的交叉點進一步會聚后照射到樣品上。照明系統的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩定的照明源。
成像系統主要由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。物鏡是用來形成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。透射電子顯微鏡分辨本領的高低主要取決于物鏡。因為物鏡的任何缺陷都被成像系統中其它透鏡進一步放大。欲獲得物鏡的高分辨率，必須盡可能降低像差。通常采用強激磁，短焦距的物鏡。物鏡是一個強激磁短焦距的透鏡，它的放大倍數較高，一般為100-300倍。目前，高質量的物鏡其分辨率可達0.1nm左右。中間鏡是一個弱激磁的長焦距變倍透鏡，可在0-20倍范圍調節。當M>1時，用來進一步放大物鏡的像；當M<1時，用來縮小物鏡的像。在電鏡操作過程中，主要是利用中間鏡的可變倍率來控制電鏡的放大倍數。投影鏡的作用是把經中間鏡放大（或縮小）的像（電子衍射花樣）進一步放大，并投影到熒光屏上，它和物鏡一樣，是一個短焦距的強磁透鏡。投影鏡的激磁電流是固定的。因為成像電子束進入投影鏡時孔鏡角很小（約10-3rad），因此它的景深和焦距都非常大。即使改變中間鏡的放大倍數，使顯微鏡的總放大倍數有很大的變化，也不會影響圖像的清晰度。有時，中間鏡的像平面還會出現一定的位移，由于這個位移距離仍處于投影鏡的景深范圍之內，因此，在熒光屏上的圖像仍舊是清晰的。
觀察和記錄裝置包括熒光屏和照相機構，在熒光屏下面放置一下可以自動換片的照相暗盒。照相時只要把熒光屏豎起，電子束即可使照相底片曝光。由于透射電子顯微鏡的焦長很大，雖然熒光屏和底片之間有數十厘米的間距，仍能得到清晰的圖像。