नमूने की क्रिस्टलोग्राफिक संरचना के साथ इलेक्ट्रॉन तरंग की अंतःक्रिया जटिल है, लेकिन अंतःक्रिया का गुणात्मक विचार आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। प्रत्येक इमेजिंग इलेक्ट्रॉन नमूने के साथ स्वतंत्र रूप से संपर्क करता है। नमूने के ऊपर, एक इलेक्ट्रॉन की तरंग को नमूना सतह पर आपतित समतल तरंग के रूप में अनुमानित किया जा सकता है। जैसे ही यह नमूने में प्रवेश करता है, यह परमाणु कोर की सकारात्मक परमाणु क्षमता और क्रिस्टलोग्राफिक जाली (एस-स्टेट मॉडल) के परमाणु स्तंभों के साथ चैनलों से आकर्षित होता है। एक ही समय में, विभिन्न परमाणु स्तंभों में इलेक्ट्रॉन तरंग के बीच परस्पर क्रिया से ब्रैग विवर्तन होता है। एक नमूने में इलेक्ट्रॉनों के गतिशील प्रकीर्णन का सटीक विवरण कमजोर चरण वस्तु सन्निकटन (डब्ल्यूपीओए) को संतुष्ट नहीं करता है, जो लगभग सभी वास्तविक नमूने हैं, फिर भी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी की पवित्र कब्र बनी हुई है। हालाँकि, इलेक्ट्रॉन बिखरने और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि निर्माण की भौतिकी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों के सटीक अनुकरण की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से प्रसिद्ध है। क्रिस्टलीय नमूने के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, नमूने के ठीक नीचे इलेक्ट्रॉन निकास तरंग φe(x,u) स्थानिक निर्देशांक के एक कार्य के रूप में x एक समतल तरंग और विभिन्न समतल स्थानिक आवृत्तियों के साथ विवर्तित किरणों की एक सुपरपोजिशन है। (स्थानिक आवृत्तियाँ प्रकीर्णन कोणों, या विवर्तन तल में ऑप्टिकल अक्ष से किरणों की दूरी के अनुरूप होती हैं)। चरण परिवर्तन φe(x,u) परमाणु स्तंभों के स्थान पर घटना तरंग शिखर के सापेक्ष होता है। निकास तरंग अब माइक्रोस्कोप के इमेजिंग सिस्टम से होकर गुजरती है जहां यह आगे चरण परिवर्तन से गुजरती है और इमेजिंग विमान (ज्यादातर सीसीडी कैमरे की तरह एक डिजिटल पिक्सेल डिटेक्टर) में छवि तरंग के रूप में हस्तक्षेप करती है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि रिकॉर्ड की गई छवि नमूने की क्रिस्टलोग्राफिक संरचना का प्रत्यक्ष प्रतिनिधित्व नहीं है। उदाहरण के लिए, उच्च तीव्रता उस सटीक स्थान पर परमाणु स्तंभ की उपस्थिति का संकेत दे भी सकती है और नहीं भी दे सकती है (सिमुलेशन देखें)। निकास तरंग और छवि तरंग के बीच का संबंध अत्यधिक अरेखीय है और यह माइक्रोस्कोप के विपथन का एक कार्य है। इसे कंट्रास्ट ट्रांसफर फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है।
क्रिस्टेलोग्राफिक
नमूने की क्रिस्टलोग्राफिक संरचना के साथ इलेक्ट्रॉन तरंग की अंतःक्रिया जटिल है, लेकिन अंतःक्रिया का गुणात्मक विचार आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। प्रत्येक इमेजिंग इलेक्ट्रॉन नमूने के साथ स्वतंत्र रूप से संपर्क करता है। नमूने के ऊपर, एक इलेक्ट्रॉन की तरंग को नमूना सतह पर आपतित समतल तरंग के रूप में अनुमानित किया जा सकता है। जैसे ही यह नमूने में प्रवेश करता है, यह परमाणु कोर की सकारात्मक परमाणु क्षमता और क्रिस्टलोग्राफिक जाली (एस-स्टेट मॉडल) के परमाणु स्तंभों के साथ चैनलों से आकर्षित होता है। एक ही समय में, विभिन्न परमाणु स्तंभों में इलेक्ट्रॉन तरंग के बीच परस्पर क्रिया से ब्रैग विवर्तन होता है। एक नमूने में इलेक्ट्रॉनों के गतिशील प्रकीर्णन का सटीक विवरण कमजोर चरण वस्तु सन्निकटन (डब्ल्यूपीओए) को संतुष्ट नहीं करता है, जो लगभग सभी वास्तविक नमूने हैं, फिर भी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी की पवित्र कब्र बनी हुई है। हालाँकि, इलेक्ट्रॉन बिखरने और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि निर्माण की भौतिकी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों के सटीक अनुकरण की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से प्रसिद्ध है। क्रिस्टलीय नमूने के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, नमूने के ठीक नीचे इलेक्ट्रॉन निकास तरंग φe(x,u) स्थानिक निर्देशांक के एक कार्य के रूप में x एक समतल तरंग और विभिन्न समतल स्थानिक आवृत्तियों के साथ विवर्तित किरणों की एक सुपरपोजिशन है। (स्थानिक आवृत्तियाँ प्रकीर्णन कोणों, या विवर्तन तल में ऑप्टिकल अक्ष से किरणों की दूरी के अनुरूप होती हैं)। चरण परिवर्तन φe(x,u) परमाणु स्तंभों के स्थान पर घटना तरंग शिखर के सापेक्ष होता है। निकास तरंग अब माइक्रोस्कोप के इमेजिंग सिस्टम से होकर गुजरती है जहां यह आगे चरण परिवर्तन से गुजरती है और इमेजिंग विमान (ज्यादातर सीसीडी कैमरे की तरह एक डिजिटल पिक्सेल डिटेक्टर) में छवि तरंग के रूप में हस्तक्षेप करती है। यह समझना महत्वपूर्ण है कि रिकॉर्ड की गई छवि नमूने की क्रिस्टलोग्राफिक संरचना का प्रत्यक्ष प्रतिनिधित्व नहीं है। उदाहरण के लिए, उच्च तीव्रता उस सटीक स्थान पर परमाणु स्तंभ की उपस्थिति का संकेत दे भी सकती है और नहीं भी दे सकती है (सिमुलेशन देखें)। निकास तरंग और छवि तरंग के बीच का संबंध अत्यधिक अरेखीय है और यह माइक्रोस्कोप के विपथन का एक कार्य है। इसे कंट्रास्ट ट्रांसफर फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है।