Теоретические и практические границы использования оптического микроскопа определяются длиной волны видимого света. Когда был изобретен осциллограф, стало ясно, что катодные лучи могут давать гораздо большее разрешение, то есть можно будет различать гораздо меньшие детали, так как длина волны катодных лучей намного меньше длины волны света. В 1928 году Эрнст Руска (1906—1988) и Макс Кнолль, используя магнитные поля для фокусировки электронов в катодном луче, сделали грубый прибор, дававший увеличение в 17 раз, а к 1932 году они создали электронный микроскоп с 400-кратным увеличением. К 1937 году Джеймс Хиллиер (род. 1915) довел увеличение до 7000 раз. Разработанный в 1939 году Владимиром Зворыкиным прибор давал в 50 раз больше деталей, чем любой из когда-либо изготовленных оптических микроскопов при увеличении до 2 миллионов раз. Электронный микроскоппроизвел революцию в биологических исследованиях: впервые в истории ученые могли видеть молекулы клеточных структур, белки и вирусы.