电子的聚焦是1927年由Busch首先完成的，他使用的是一块电磁铁，与Ruska在第一台TEM中使用的电磁铁是同一类。Busch表明用静电场聚焦电子也是可能的，在实际应用中，磁透镜比静电透镜在很多方面具有更大的优越性，尤其是不容易受到高压的影响。所以要讨论的TEM全部使用磁透镜，之后也不再进一步讨论静电透镜。

为了制造电磁透镜，需要有两部分。这两部分的截面示意图如图A所示。第一部分是由软磁材料做成的圆柱形对称磁芯，例如软铁，有一个小孔穿过它，软铁称为“极靴”，孔称为极靴孔(“软”是相对磁性而言，而不是对应于机械行为)。大多数透镜有两个极靴(上和下)，它们可以是同一块软铁上的一部分(图A)，也可以是两块独立的软铁。两极靴正对表面之间的距离称为极靴间隙，极靴孔/间隙比是这种透镜的另一个重要特征，它控制着透镜的聚焦行为。一些极靴被加工成圆锥形，这时锥形角就是透镜性能的一个重要参量。透镜的第二个部分是环绕在每个极靴上的铜线圈。当给线圈通电流时，孔中会产生磁场。沿透镜纵向磁场不均匀，但是轴对称的。磁透镜中的磁场强度控制着电子轨迹或者说光路。

线圈电阻发热意味着透镜必须冷却，循环水系统是TEM透镜的重要组成部分。TEM镜筒内部的真实透镜如图B所示。

图A 磁透镜示意图。软铁极靴位于透镜中部的孔中，并被通过电流来磁化极靴的铜线所包围。在它的截面图中，极靴间的孔和间隙都可以看见。轴上的磁场最弱，而且离极靴越近磁场越强，因此电子运动过程中离轴越远，向轴方向的折回越强。

图B 透镜实物图:圆柱形外壳密封着铜线圈。旁边的两个锥形极靴位于透镜的中心孔内部，3个针状接头为线圈提供电流来磁化极靴，冷却水从透镜盘上面的两个孔中循环进出，冷却线圈产生的电阻热。与图A所示的图比较

上述原理适用于TEM中不同种类的透镜。显微镜中的大多数透镜是具有大极靴间隙的弱磁透镜，它们的作用要么是把光源图像缩小到样品上，要么是把来自样品的像或衍射花样放大并投影到观察屏上或者CCD上。典型的透镜都类似于图A，光阑可以放到透镜的极靴孔中，这一点在以后讨论。

与TEM中其他透镜相比，物镜是强磁透镜。根据TEM的需求不同可分为几种类型。最灵活的是上下极靴分开的物镜，极靴各自带有线圈，如图C（A）所示。这种结构为在极靴间插入样品和物镜光阑提供了空间。有了这种类型的极靴，其他设备，例如X射线光谱仪，能更方便地贴近样品。同样，也能更方便、直接地设计具有各种功能的样品台，例如倾斜、旋转、加热、冷却、应变等。这种灵活性促使TEM中普遍采用分离式极靴。

使用分离式极靴，还可以使上极靴和下极靴具有不同的作用，最常见的应用是上面的物镜极靴采用强激发类型，这种透镜(非对称)对俄歇电子显微镜(AEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)都是理想的选择，因为它既能产生TEM模式需要的大束斑，也能产生AEM与STEM模式需要的小束斑。

如果主要是追求高分辨率，那么就需要保证物镜具有较短的焦距，这就意味着需要强磁透镜。传统上可以用浸没式透镜来实现，在这种透镜中，样品插人(也就是浸没)到图C（B）所示的透镜磁场的中心。在这种顶插式样品架中样品被物镜包围，所以操作、加热或冷却样品都比较困难，也使X射线探测器不可能靠近样品，因此对于分析型透射电子显微镜是远远不够的。如果为获得高分辨率而使透镜焦距相当短，那么样品只能在很小的角度范围内倾斜，所以在高分辨率的TEM中，除了在有限的倾斜范围内成像、衍射外，其他什么也不能做。通过透镜设计，例如通气管式透镜，可以克服这种局限性，如图C（C）所示，它是带有一个小孔的单极靴透镜，可以产生强磁场球差校正器也降低了通过强磁场来得到高分辨率的需求，因此大间隙可以很容易在球差校正TEM中得到而不需要牺牲分辨率。

图C 不同透镜的选择:(A)分离式极靴的物镜，(B)顶插式的浸没透镜，(C)通气管式透镜，以及(D)四极透镜。

铁磁极靴的局限性可以通过使用超导透镜来克服，因为制造的软铁极靴强度不会超过饱和磁化强度，这限制了透镜的焦距和形成束斑的能力。超导透镜能克服这些局限性，但由于超导体只能产生一个固定场，不能像传统铁磁透镜那样变化，所以灵活性不够。也经常会有一些文章描述超导透镜，因为它体积小，不需要水冷却，而且超导透镜能冷却样品周围的区域，这样既提高了真空度又有助于减小污染，同时可以保存生物和聚合物样品。当高T_c超导体发现之后这种透镜总会热一阵子。这些透镜能产生高强磁场(>100T，与现在通常电磁透镜的约2T相比)，这在获得高能电子精细束斑方面很有前途(AEM中很有用)。超导透镜磁场极强，以致它们的像差本身很小,这可用于制造结构非常紧凑的TEM。

除了采用单极靴或双极靴的结构之外，设计一个四极、六极或八极透镜也是可能的，这些透镜的聚焦行为分别通过4个、6个或8个极靴实现，邻近的极靴具有相反的极性，如图C（D）所示。这些透镜在TEM中不用作放大透镜而是用来校正透镜缺陷，例如像散，可以作为球差校正器中的透镜使用，也可以用作电子能量损失谱仪中的透镜。这种透镜需要的功率低，不会引入图像旋转，而图像旋转是目前所用的标准电磁透镜的一个特征。