Получение увеличенного изображения поверхности исследуемого материала является основной целью применения СЭМ, а возможность интуитивной интерпретации изображений делает их незаменимыми для наглядной демонстрации свойств разнообразных объектов исследования. Сам процесс получения СЭМ-изображений можно кратко описать следующим образом.
В процессе сканирования сфокусированным электронным пучком возбуждается эмиссия отраженных и вторичных электронов из исследуемого образца. Для регистрации вторичных электронов традиционно применяется сцинтилляционный детектор Эверхарта-Торнли, а для регистрации обратно-рассеянных электронов применяется полупроводниковый детектор.
Какой из детекторов применяется в конкретном случае, зависит от задач исследования. Регистрируемый сигнал преобразуется в яркость (уровень серого) пикселей на изображении, соответственно, зная, чем определяется количество вторичных или обратно-рассеянных электронов, можно интерпретировать полученное изображение. В случае вторичных электронов основную роль играет морфология исследуемой поверхности, задающая локальный угол падения для электронного пучка, а в случае обратно-рассеянных электронов основным является средний атомный номер исследуемого вещества. Подробная интерпретация и количественный анализ получаемых изображений требуют детального изучения физики процессов, лежащих в основе взаимодействия электронов с веществом.