此後，荷蘭學者列文·虎克(A。V。Leeuwenhoek)用自己設計的更先進的顯微鏡觀察了動物細胞，並描述了細胞核的形態。直到今天，光學顯微技術已從普通複式光學顯微技術發展為螢光顯微技術、共焦點雷射掃描顯微鏡技術、數字成象顯微鏡技術、暗場顯微鏡技術、相差和微分干涉顯微鏡技術和錄像增加反差顯微鏡技術等等。
可見，光學顯微技術已成為人類認識微觀世界的必要工具，藉助它，使人們認識了細胞。然而，準確的理論計算表明，光學顯微鏡質量無論無何改善--不論是用多少組鏡片，使用油鏡頭還是加強光源，放大率至多1000~1500，分辨本領至多 。這就成為人類認識更小的物體：病毒和分子、原子的瓶頸問題。
著名物理學家海侖霍爾等人在理論上證明：限制光學顯微鏡分辨本領及放大率的因素是光的波長。因而人們轉向尋找一種成像媒介--波，它具有可視、可拍攝照片、波長短、且能用裝置改變波的運動路線的特點。
20世紀初，恰伊斯發明了紫外光顯微鏡，使解析度有了大提高 ，這是一次質的飛躍，但紫外線仍不是最好的成像媒介，不能滿足科研和生產需要。
1926年，德國科學家蒲許指出，具有軸對稱性的磁場對電子束起著透鏡作用。可惜研究者沒有考慮到利用它放大物體。
1932年，柏林科工大學壓力實驗室的年輕研究員盧斯卡和克諾爾對陰極射線示波器做了一些改進，成功得到放大幾倍後的銅網圖像，這大大鼓舞了人們，確立了電子顯微法。
1933年底，盧斯卡製成了能放大一萬倍的電子顯微鏡，並拍攝了金屬箔和纖維的放大像。使電子顯微鏡的放大倍數超過了光學顯微鏡。
1937年，柏林科工大學的克勞塞和穆勒成功的制出了解析度為納米級（10-9m）的電子顯微鏡，西門子公司得知後，將主要精力轉到適用電子顯微鏡的製造上，並聘請了盧斯進行研究。次年，西門子公司第一批解析度為 的電子顯微鏡上市。
隨後，在人們的研究下，電子顯微鏡的質量不斷提高。如今，其解析度和放大倍數使人們能更準確地認識了病毒、分子、原子和夸克。
原子(含電子,質子,中子)和夸克-內部結構模型圖