掃描電子顯微鏡由三大部分組成：真空系統，電子束系統以及成像系統。
真空系統
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真空系統主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個密封的柱形容器。
真空泵用來在真空柱內產生真空。有機械泵、油擴散泵以及渦輪分子泵三大類，機械泵加油擴散泵的組合可以滿足配置鎢槍的SEM的真空要求，但對於裝置了場致發射槍或六硼化鑭槍的SEM，則需要機械泵加渦輪分子泵的組合。
成像系統和電子束系統均內置在真空柱中。真空柱底端即為右圖所示的密封室，用於放置樣品。
之所以要用真空，主要基於以下兩點原因：
電子束系統中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM時需要用真空以外，平時還需要以純氮氣或惰性氣體充滿整個真空柱。
為了增大電子的平均自由徑，從而使得用於成像的電子更多。
電子束系統
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電子束系統由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用於產生一束能量分布極窄的、電子能量穩定的電子束用以掃描成像。
電子槍
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電子槍用於產生電子，主要有兩大類，共三種。
一類是利用場致發射效應產生電子，稱為場致發射電子槍。這種電子槍極其昂貴，在十萬美元以上，且需要小於10−10torr的極高真空。但它具有至少1000小時以上的壽命，且不需要電磁透鏡系統。
另一類則是利用熱發射效應產生電子，有鎢槍和六硼化鑭槍兩種。鎢槍壽命在30～100小時之間，價格便宜，但成像不如另一種明亮，常作為廉價或標準SEM配置。六硼化鑭槍壽命介於場致發射電子槍與鎢槍之間，為200～1000小時，價格約為鎢槍的十倍，圖像比鎢槍明亮5～10倍，需要略高於鎢槍的真空，一般在10−7torr以上；但比鎢槍容易產生過度飽和和熱激發問題。
電磁透鏡
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熱發射電子需要電磁透鏡來成束，所以在用熱發射電子槍的SEM上，電磁透鏡必不可少。通常會裝配兩組：
匯聚透鏡：顧名思義，匯聚透鏡用匯聚電子束，裝配在真空柱中，位於電子槍之下。通常不止一個，並有一組匯聚光圈與之相配。但匯聚透鏡僅僅用於匯聚電子束，與成象會焦無關。
物鏡：物鏡為真空柱中最下方的一個電磁透鏡，它負責將電子束的焦點匯聚到樣品表面。
成像系統
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電子經過一系列電磁透鏡成束後，打到樣品上與樣品交互作用，會產生次級電子、背散射電子、歐傑電子以及X射線等一系列信號。所以需要不同的探測器譬如次級電子探測器、X射線能譜分析儀等來區分這些信號以獲得所需要的資訊。雖然X射線信號不能用於成像，但習慣上，仍然將X射線分析系統劃分到成像系統中。
有些探測器造價昂貴，比如Robinsons式背散射電子探測器，這時，可以使用次級電子探測器代替，但需要設定一個偏壓電場以篩除次級電子。