透射電鏡的樣品制備是一項較復雜的技術，它對能否得到好的TEM像或衍射譜是至關重要的.投射電鏡是利用樣品對如射電子的散射能力的差異而形成襯度的，這要求制備出對電子束"透明"的樣品，并要求保持高的分辨率和不失真.
電子束穿透固體樣品的能力主要取決加速電壓，樣品的厚度以及物質的原子序數.一般來說，加速電壓愈高，原子序數愈低，電子束可穿透的樣品厚度就愈大.對于100～200KV的透射電鏡，要求樣品的厚度為50～100nm，做透射電鏡高分辨率，樣品厚度要求約15nm(越薄越好).
透射電鏡樣品可分為：粉末樣品，薄膜樣品，金屬試樣的表面復型.不同的樣品有不同的制備手段，下面分別介紹各種樣品的制備.
(1)粉末樣品 因為透射電鏡樣品的厚度一般要求在100nm以下，如果樣品厚于100nm，則先要用研缽把樣品的尺寸磨到100nm以下，然后將粉末樣品溶解在無水乙醇中，用超聲分散的方法將樣品盡量分散，然后用支持網撈起即可.
(2)薄膜樣品 絕大多數的TEM樣品是薄膜樣品，薄膜樣品可做靜態觀察，如金相組織;析出相形態;分布，結構及與基體取向關系，錯位類型，分布，密度等;也可以做動態原位觀察，如相變，形變，位錯運動及其相互作用.制備薄膜樣品分四個步驟：
a將樣品切成薄片(厚度100～200微米)，對韌性材料(如金屬)，用線鋸將樣品割成小于200微米的薄片;對脆性材料(如Si，GaAs，NaCl，MgO)可以刀將其解理或用金剛石圓盤鋸將其切割，或用超薄切片法直接切割.
b切割成φ3mm的圓片 用超聲鉆或puncher將φ3mm薄圓片從材料薄片上切下來.
c預減薄 使用凹坑減薄儀可將薄圓片磨至10μm厚.用研磨機磨(或使用砂紙)，可磨至幾十μm.
d終減薄 對于導電的樣品如金屬，采用電解拋光減薄，這方法速度快，沒有機械損傷，但可能改變樣品表面的電子狀態，使用的化學試劑可能對身體有害.
對非導電的樣品如陶瓷，采用離子減薄，用離子轟擊樣品表面，使樣品材料濺射出來，以達到減薄的目的.離子減薄要調整電壓，角度，選用適合的參數，選得好，減薄速度快.離子減薄會產生熱，使樣品溫度升至100～300度，故最好用液氮冷卻樣品.樣品冷卻對不耐高溫的材料是非常重要的，否則材料會發生相變，樣品冷卻還可以減少污染和表面損傷.離子減薄是一種普適的減薄方法，可用于陶瓷，復合物，半導體，合金，界面樣品，甚至纖維和粉末樣品也可以離子減薄(把他們用樹脂拌合后，裝入φ3mm金屬管，切片后，再離子減薄).也可以聚集離子術(FIB)對指定區域做離子減薄，但FIB很貴.
對于軟的生物和高分子樣品，可用超薄切片方法將樣品切成小于100nm的薄膜.這種技術的特點是樣品不會改變，缺點是會引進形變.
(3)金屬試樣的表面復型 即把準備觀察的試樣的表面形貌(表面顯微組織浮凸)用適宜的非晶薄膜復制下來，然后對這個復制膜(叫做復型)進行透射電鏡觀察與分析.復型適用于金相組織，斷口形貌，形變條紋，磨損表面，第二相形態及分布，萃取和結構分析等.
制備復型的材料本身必須是"無結構"的，即要求復型材料在高倍成像時也不顯示其本身的任何結構細節，這樣就不致干擾被復制表面的形貌觀察和分析.常用的復型材料有塑料，真空蒸發沉積炭膜(均為非晶態物質) .
常用的復型有：a塑料一級復型，分辨率為10～20nm;b炭一級復型，分辨率2nm，c塑料-炭二級復型，分辨率10～20nm;d萃取復型，可以把要分析的粒子從基體中提取出來，這種分析時不會受到基體的干擾.
除萃取復型外，其余復型只不過是試樣表面的一個復制品，只能提供有關表面形貌的信息，而不能提供內部組成相，晶體結構，微區化學成分等本質信息，因而用復型做電子顯微分析有很大的局限性，目前，除萃取復型外，其他復型用的很少.
