Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов в просвечивающей электронной микроскопии является еще одним методом анализа, основанным на неупругом рассеянии проходящих сквозь образец электронов. Установив на просвечивающий электронный микроскоп спектрометр потерь энергии электронов, можно получить распределение прошедших электронов по энергиям. В случае с возбуждением электронов с внутренних оболочек атомов исследуемого вещества в спектре наблюдаются максимумы при энергиях, соответствующих энергиям ионизации этих внутренних оболочек. Данные энергии являются характеристическими, что позволяет проводить элементный анализ, аналогично рентгеновскому микроанализу. Кроме того, в низкоэнергетической части спектра содержится информация о возбуждении электронов валентной зоны и плазмонов.