Электроны, ускоренные до энергии в несколько сотен кэВ, могут рассматриваться как волны с длиной волны порядка нескольких пикометров. При прохождении таких волн через материалы, обладающие кристаллической структурой, происходит конструктивная интерференция волн, рассеянных под определенными углами, зависящими от расстояний между плоскостями в кристаллической решетке. В результате на выходе из исследуемого образца наблюдается несколько электронных пучком, расходящихся под разными углами, которые фокусируются объективной линзой в точки в задней фокальной плоскости, формируя дифракционную картину. Из дифракционных картин можно получить информацию о симметрии кристаллической решетки исследуемого материала, а также о межплоскостных расстояниях.