TEM（Transmission Electron Microscopy：穿透式電子顯微鏡）是讓電子束穿透經薄化加工的樣品，從其穿透影像與繞射影像以原子等級解析度觀察內部結構的分析設備。在半導體領域，由於能以原子尺度確認電晶體與導線的剖面結構，是失效分析與製程驗證不可或缺的工具。
TEM具有可取得晶格影像（lattice image）的高解析度，能在奈米以下的尺度評估閘極堆疊的膜厚與界面、導線與通孔的形狀、晶體缺陷等。若搭配將電子束聚細掃描的STEM，以及EELS、EDX的元素分析，便能同時掌握結構與組成。
用途包括FinFET與GAA（奈米片）等微細立體結構的尺寸與形狀確認、界面層評估、缺陷與異物的鑑定、不良位置的物理分析等。SEM（掃描式電子顯微鏡）主要觀察表面與剖面的形狀，TEM的不同之處則在於能穿透內部，觀察到原子排列。
觀察時需要薄到電子能穿透的樣品，一般以FIB（聚焦離子束）將目標位置薄片化作為前處理。主要設備廠商有JEOL（日本電子）、日立高新技術（Hitachi High-Tech）、Thermo Fisher等。搭配sem、afm、sims等其他評估手法，便能理解解析與量測的體系。