Das Rasterelektronenmikroskop (REM) benutzt einen Elektronenstrahl, um kleinste Details auf der Oberfläche einer Probe sichtbar zu machen. Dabei wird der Elektronenstrahl über die zu untersuchende Probenoberfläche gerastert und es werden je nach Messmodus entweder Sekundärelektronen (SE), rückgestreute Elektronen (back scattered electrons - BSE) oder charakteristische Röntgenstrahlung (EDX) detektiert.

Mit den Sekundärelektronen kann die Topographie der Oberfläche auf eine intuitive Art und Weise dargestellt werden - ähnlich einer Fotografie oder einem herkömmlichen Lichtmikroskop. Da die Sekundärelektronen eine relativ geringe kinetische Energie haben (< 50 eV), können sie nur aus einem recht kleinen Volumen unterhalb des Einschlagsort der auftreffenden Elektronen austreten. Dadurch ist der SE-Modus der höchstauflösende REM-Modus, mit einer Auflösung von etwa 1-10 nm.

Da die Energie von rückgestreuten Elektronen deutlich höher ist als die von Sekundärelektronen, können sie aus einem größeren Volumen austreten, was die Auflösung im BSE-Modus verschlechtert. Allerdings hängt das Rückstreupotential der Probenoberfläche stark von der Kernmasse des bestrahlten Atoms ab, was eine elementaufgelöste Messung der Oberfläche erlaubt, solange der topologische Kontrast vernachlässigt werden kann (glatte Probenoberfläche) oder bekannt ist. Dadurch können auch auf größeren Flächen von hunderten Mikrometern Seitenlänge die elementare Zusammensetzung bestimmt werden.

Wird durch die Elektronenbestrahlung ein inneres Elektron aus der Hülle eines Probenatoms herausgelöst, können beim Füllen der dabei entstandenen Lücke durch ein Elektron aus einer energetisch höheren Schale charakteristische Röntgenstrahlen emittiert werden. Diese können dann mithilfe eines Röntgendetektors energieaufgelöst gemessen werden. Aus der Intensität der Röntgenstrahlung bei den verschiedenen charakteristischen Energien kann dann im EDX-Modus vollautomatisch die quantitative Zusammensetzung der Probenoberfläche an der beobachteten Stelle berechnet werden. Allerdings können Röntgenquanten aus einem größeren Volumen austreten als Elektronen, weshalb die Auflösung in diesem Modus auf etwa 1 µm beschränkt ist.

Um bei isolierenden Proben die aufgrund des Elektronenbeschusses entstehende Aufladung zu minimieren, verfügt die Anlage zusätzlich über ein Gaseinlasssystem (Gas Inlet System - GIS), über das ein lokaler Teilchenstrom von Pt-Atomen auf die bestrahlte Fläche gerichtet werden kann. Dadurch kann ein Teil der auf der Probenoberfläche gefangenen Elektronen abtransportiert werden; eine komplette Kompensation des Aufladungseffektes über längere Zeit ist hierdurch jedoch nicht möglich.