Un microscopio ottico, che utilizza la luce visibile, non può risolvere oggetti più piccoli di circa 0,2 micrometri (μm) a causa delle limitazioni imposte dalla lunghezza d'onda della luce. Gli atomi hanno la scala di pochi decimi di nanometro (nm), che è circa mille volte più piccola del limite di risoluzione di un microscopio ottico. Pertanto, un microscopio ottico non può essere utilizzato per vedere gli atomi.

Per vedere gli atomi, è necessario utilizzare un microscopio che utilizza un fascio di particelle con una lunghezza d'onda molto più corta della luce visibile. Uno di questi microscopi è il microscopio a effetto tunnel (STM), che utilizza una punta metallica affilata per scansionare la superficie di un materiale. La punta è posizionata molto vicino alla superficie e viene applicata una tensione tra la punta e il campione. Ciò fa sì che una corrente tunnel fluisca tra la punta e il campione, che può essere utilizzata per creare un'immagine della superficie. L'STM può raggiungere una risoluzione di una frazione di nanometro, consentendogli di acquisire immagini di singoli atomi.

Un altro tipo di microscopio che può essere utilizzato per vedere gli atomi è il microscopio elettronico a trasmissione (TEM). Il TEM utilizza un fascio di elettroni accelerato a energie molto elevate, che gli consente di raggiungere una risoluzione di pochi picometri (pm), ovvero la dimensione di un atomo.