透射电子显微镜的应用主要表现在以下几个方面：
　①晶体缺陷分析
　广义的讲，一切破坏正常点阵周期的结构均称为晶体缺陷，如空位、位错、晶界、析出物等。这些破坏点阵周期性的结构都将导致其所在区域的衍射条件发生变化，使得缺陷所在区域的衍射条件不同于正常区域的衍射条件，从而在荧光屏上显示出相应明暗程度的差别。
　②组织分析
　　除了各种缺陷可以产生不同的衍射花纹外，各种不同的晶体微观组织也会对应有不同的像和衍射花纹，通过它们可以在观察组织形貌的同时进行晶体的结构和取向分析。
　③原位观察
　利用相应的样品台，可以在透射电镜中进行原位试验。例如，利用加热台加热样品观察其相变过程，利用应变台拉伸样品观察其形变和断裂过程等。
　④高分辨显微技术
　提高显微镜的分辨率以便更能深入观察研究物质的微观结构，一直是人们不断追求的目标。高分辨率电子显微镜利用的是电子束相位的变化，由两束以上的电子束相干成像，在电子显微镜分辨率足够高的条件下，所用的电子束越多，图像的分辨率越高，甚至可以用于薄样品原子结构成像。