一般來說，TEM包含有三級透鏡。這些透鏡包括聚焦透鏡、物鏡、和投影透鏡。聚焦透鏡用于將最初的電子束成型，物鏡用于將穿過樣品的電子束聚焦，使其穿過樣品（在掃描透射電子顯微鏡的掃描模式中，樣品上方也有物鏡，使得射入的電子束聚焦）。投影透鏡用于將電子束投射在熒光屏上或者其他顯示設備，比如膠片上面。TEM的放大倍數通過樣品于物鏡的像平面距離之比來確定。另外的四極子或者六極子透鏡用于補償電子束的不對稱失真，被稱為散光。需要注意的是，TEM的光學配置于實際實現有非常大的不同，制造商們會使用自定義的鏡頭配置，比如球面像差補償系統 或者利用能量濾波來修正電子的色差。