Mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) können Oberflächen mit sehr hoher Tiefenschärfe und sehr hoher Vergrößerung (bis zu 1.000.000-fach) abgebildet werden. Ein REM eignet sich damit zur Untersuchung entweder von sehr rauen Oberflächen oder sehr kleiner Strukturen mit Abmessungen bis zu 1 Nanometer.
In einem Rasterelektronenmikroskop wird die zu untersuchende Probenoberfläche mit einem sehr fein fokussierten Elektronenstrahl abgerastert. Die Elektronen lösen in der Probenoberfläche verschiedene Signale aus, z.B. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder charakteristische Röntgenstrahlung. Diese können durch geeignete Detektoren registriert werden. Parallel zu dem Raster auf der Probe wird ein Bildschirm abgerastert und die Helligkeit durch die Intensität des Signals aus der Probe gesteuert. So erhält man mit Sekundärelektronen eine hoch aufgelöste Abbildung der Probenoberfläche (Topographiekontrast), während man mit Rückstreuelektronen Bereiche unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung sichtbar machen kann (Materialkontrast).
Die auf die Probenoberfläche treffenden Elektronen regen die dort vorhandenen Atome zur Aussendung charakteristischer Röntgenstrahlung an. Die Energie dieser Strahlung ist charakteristisch für jedes Element und ihre Intensität ein Maß für dessen Gehalt in der untersuchten Probenstelle (Elektronenstrahlmikroanalyse, EDX). So kann die Elementzusammensetzung in kleinen Bereichen (Auflösung etwa ein bis einige Mikrometer) bestimmt werden.
Wird nun die beim Abrastern einer Probenfläche entstehende charakteristische Röntgenstrahlung punktweise registriert, kann die Konzentrationsverteilung von Elementen über der untersuchten Probenoberfläche sichtbar gemacht werden (Elementverteilungsbilder, EDX-Mapping). Neben der punkt- und flächenförmigen Analyse kann der Konzentrationsverlauf von Elementen auch entlang einer Linie dargestellt werden (Line-Scan).