Un microscopio óptico, que utiliza luz visible, no puede resolver objetos de menos de 0,2 micrómetros (μm) debido a las limitaciones impuestas por la longitud de onda de la luz. Los átomos están en la escala de unas pocas décimas de nanómetro (nm), que es aproximadamente mil veces más pequeña que el límite de resolución de un microscopio óptico. Por tanto, no se puede utilizar un microscopio óptico para ver átomos.

Para ver los átomos, es necesario utilizar un microscopio que utiliza un haz de partículas con una longitud de onda mucho más corta que la luz visible. Uno de esos microscopios es el microscopio de efecto túnel (STM), que utiliza una punta metálica afilada para escanear la superficie de un material. La punta se coloca muy cerca de la superficie y se aplica un voltaje entre la punta y la muestra. Esto hace que fluya una corriente de túnel entre la punta y la muestra, que puede usarse para crear una imagen de la superficie. STM puede alcanzar una resolución de una fracción de nanómetro, lo que le permite obtener imágenes de átomos individuales.

Otro tipo de microscopio que se puede utilizar para ver átomos es el microscopio electrónico de transmisión (TEM). TEM utiliza un haz de electrones acelerados a energías muy altas, lo que le permite alcanzar una resolución de unos pocos picómetros (pm), que es aproximadamente el tamaño de un átomo.