کار با میکروسکوپ و مشاهده‌ی دنیای کوچک دور از چشمان ما، همواره از کودکی برای ما جذاب و هیجان انگیز بوده است.
احتمالا صف طولانی دانش آموزان برای مشاهده‌ی بافت پوست نازک پیاز به کمک میکروسکوپ نوری مدرسه، بخش جالبی از اولین خاطرات آشنایی ما با دنیای میکروسکوپی است. در این میکروسکوپ‌های نوری، پرتو نور بر روی یک نمونه تابیده و بازتاب آن با عبور از چند لنز و بعد از چند بار بزرگ‌نمایی، به چشم ما می‌رسد. این میکروسکوپ‌های نوری بسته به کاربردی که برای آن طراحی شده اند، می‌توانند بین ۴۰ تا ۲۰۰۰ مرتبه، تصویر را بزرگ کنند، از آنجایی که طول موج نور مرئی، چیزی بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر است، قابلیت میکروسکوپ‌های نوری نیز که با استفاده از نور مرئی عمل می‌کنند، محدود به طول موج نور مرئی است.
فرض کنید دو ذره داشته باشیم که قطر هریک، ۱۵۰ نانومتر باشد، در این صورت مجموع قطر این دو ذره، ۳۰۰ نانومتر است که کمتر از کمترین طول موج نور مرئی یعنی ۴۰۰ نانومتر است. پس وقتی با نور مرئی به این دو ذره نگاه می‌کنیم، نمی‌توانیم این دو ذره را از یکدیگر تفکیک کنیم. پس میکروسکوپ نوری محدود به ذراتی با ابعاد بیش از ۲۰۰ نانومتر است. چنین رزولوشنی برای مشاهده‌ی سلول‌ها و بافت‌ها و همچنین مشاهده‌ی سطح مواد، مناسب است؛
اما برای مشاهده‌ی ابعاد ریزتر مانند ساختار درون سلول، قابل استفاده نیست.
از طرف دیگر، از آنجایی که نور مرئی توانائی نفوذ در مواد مختلف را ندارد، برای مشاهده با این میکروسکوپ‌ها، همواره به نمونه‌های نازک نیاز است و مشاهده‌ی ساختار درون یک شیء سه بعدی، چالش برانگیز است. اما از طرف دیگر، این میکروسکوپ‌ها تصاویر زنده از نمونه ارائه می‌دهند و بدین شکل، می‌توان فرآیندهای مهم زیستی مانند تقسیم سلولی را بدون آسیب به سلول‌ها مشاهده نمود.