物理学的这些革命性事件，引起了显微镜科学技术的革命。德国科学家鲁斯卡和克诺尔想到，既然“一切实物粒子都具有波动性”，那可以用电子束代替光作为显微镜的“光源”。电子与光子一样，也具有波粒二象性，而电子的波长比光的波长短得多，利用电子束照射样品，就能分辨样品更微小的细节。1932年，他们研制出第一台电子显微镜，放大倍数达到12000，超过了光学显微镜。这一年鲁斯卡年仅26岁。1939年，在鲁斯卡主持下，西门子公司制造出世界上第一台实用的电子显微镜。如今，电子显微镜的工作电压高达100万伏，有效放大倍数高达100万倍。电子显微镜完成了显微技术的一次革命，因此鲁斯卡获得1986年诺贝尔物理学奖金的一半，另一半由研制出扫描隧道显微镜的宾尼希和罗雷尔分享。获诺贝尔物理学奖时，鲁斯卡已经是80岁的耄耋老人了，离他去世仅仅两年。
电子显微镜的革命性在于，它用电子数代替了光学照明。在受到50～100千伏电压的加速后，电子的波长为0.53～0.37纳米，大致等于光波长的l／1000。根据两者波长的关系，大家可以推测，电子显微镜的分辨率会比光学显微镜高得多。现代电子显微镜可以分辨物体上距离0.2纳米的两个点，是光学显微镜的1／1000。借助电子显微镜，人们能够观察金属的晶体结构、蛋白质分子、细胞和病毒的结构。电子显微镜的发明，推动了生物学的研究。
扫描隧道显微镜的诞生
电子显微镜观察的物体要放在真空中，要接受脱水处理，而且要接受高速电子的打击。因此，能放进电子显微镜观察的式样受到限制，观察结果也受到影响。科学技术的发展，需要基于新原理的显微镜；而显微镜要在理论上有所突破，必须依赖基础科学的革命性的进展。1958年，日本科学家江崎玲於奈在研究重掺杂PN结时发现了隧道效应，揭示了固体中电子隧道效应的物理原理。江崎玲於奈与贾埃弗、约瑟夫森分享1973年诺贝尔物理学奖。
1978年，一种新型显微镜的灵感，在一次谈话中产生了。一天，IBM公司苏黎世实验室的科学家罗雷尔向德国研究生宾尼希介绍他们实验室的表面物理研究计划。31岁的宾尼希提出，可以用隧道效应来研究表面现象啊！罗雷尔对他的想法很有兴趣。于是，1978年底，罗雷尔就邀请宾尼希来到苏黎世，一起研制利用隧道效应的显微镜。宾尼希和罗雷尔克服了重重困难，终于在1981年研制出扫描隧道显微镜。它是显微技术的又一个革命性的进展，放大倍数达到数千万倍。这种新型显微镜的革命性表现在，它是借助隧道效应研究材料表面。因此，它不使用透镜，对样品无破坏性，而且可以获得三维图像。
扫描隧道显微镜的研制成功，展示的是综合性成果之和谐美。最早利用隧道效应来研究表面现象的不是宾尼希和罗雷尔，而是美国物理学家贾埃弗。我们可以想见，观察样品表面原子尺度，必定要求仪器具有极高的稳定性。贾埃弗未能克服这个巨大的障碍。宾尼希和罗雷尔却在3年时间里，实现了理论上、实验技术上和机械工艺上三大方面的突破，解决了仪器的稳定性难题，取得了最后的成功。没有机械工艺上的突破，扫描隧道显微镜是无法成功的。
扫描隧道显微镜分辨率极高，水平方向达到0.2纳米，垂直方向更达到0.001纳米，可以给出样品表面原子尺度的信息。我们知道，一个原子的典型线度是0.3纳米。对于单个原子成像来说，这样的分辨率已经是足够了。扫描隧道显微镜的发明，促进了生物科学、表面物理、半导体材料和工艺、化学作用的研究。扫描隧道显微镜技术还在继续发展。例如，为了弥补扫描隧道显微镜只能对导体和半导体进行成像和加工这个缺陷，研制出能在纳米尺度对绝缘体进行成像和加工的原子力显微镜。
在上世纪30年代，还出现了一种借助电子来显示物体表面结构的显微镜，那就是场一发射显微镜。1937年，缪勒发明了场一发射显微镜，直接把发射体表面的图像投射到荧光屏上。因为是“直接投射”，这种显微镜的放大倍数，大约等于荧光屏半径除以发射体半径，可以达到100万。场一发射显微镜和场一离子显微镜，是迄今最得力的显微镜之一。场一发射显微镜的分辨率可以达到2纳米。场一离子显微镜的分辨率更高，可以达到0.2纳米。0.2纳米的分辨率是什么意思呢？就是说，荧光屏上能够显示出样品(针尖)表面上的单个原子。在场一离子显微镜中，样品尖端要承受强大的电场力作用。因此，场一离子显微镜仅用于研究金属材料，无法进行生物分子的研究。
从光学显微镜、电子显微镜到扫描隧道显微镜，显微术与近现代科学结伴同行，走过了400多年的历程。显微镜陪伴伽利略、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦一路走来。显微镜发展的历史，是科学革命的历史，是技术创新的历史，是制造技术发展的历史。显微镜是人类科学、技术、工程活动的和谐产物。像科学史一样，显微镜发展史是一面镜子，给我们许多深刻的启发。
显微镜帮助我们看清物体微观尺度的面貌。有了显微镜，人类不仅可以研究微观结构，发现新的规律，而且在更小的尺度下，发现了另类的赏心悦目的美。显微镜既是真善美融合统一的产物，又是真善美融合统一的“证人”。
可以说，显微镜的发展是现代科学最重要的基础之一。显微镜在孩子学习科学中的作用，就像地图仪在孩子学地理中的作用。
有了显微镜，孩子就等于有了打开另一个世界的大门，他就开始学会观察身边的万物。而观察就是科学的第一步。
