Een optische microscoop, die zichtbaar licht gebruikt, kan objecten kleiner dan ongeveer 0,2 micrometer (μm) niet onderscheiden vanwege de beperkingen die worden opgelegd door de golflengte van het licht. Atomen hebben een schaal van enkele tienden van een nanometer (nm), wat ongeveer duizend keer kleiner is dan de resolutielimiet van een optische microscoop. Daarom kan een optische microscoop niet worden gebruikt om atomen te zien.

Om atomen te kunnen zien, heb je een microscoop nodig die gebruik maakt van een bundel deeltjes met een veel kortere golflengte dan zichtbaar licht. Een voorbeeld van zo'n microscoop is de scanning tunneling microscoop (STM), die een scherpe metalen punt gebruikt om het oppervlak van een materiaal te scannen. De punt wordt zeer dicht bij het oppervlak geplaatst en er wordt een spanning aangelegd tussen de punt en het monster. Hierdoor stroomt er een tunnelstroom tussen de punt en het monster, die kan worden gebruikt om een ​​beeld van het oppervlak te creëren. STM kan een resolutie bereiken van een fractie van een nanometer, waardoor individuele atomen in beeld kunnen worden gebracht.

Een ander type microscoop waarmee atomen kunnen worden bekeken, is de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). TEM maakt gebruik van een elektronenbundel die wordt versneld tot zeer hoge energieën, waardoor een resolutie van enkele picometers (pm) kan worden bereikt, wat ongeveer de grootte van een atoom is.