在細胞結構研究中，電子顯微鏡觀察與光學顯微鏡觀察有諸多差異。電子顯微鏡觀察的分辨率遠遠高于光學顯微鏡，能夠揭示細胞內部更為精細的亞細胞器結構，如內質網、線粒體的內部嵴結構等，而光學顯微鏡只能看到細胞的大致輪廓和一些較大的細胞器如細胞核、液泡等。電子顯微鏡觀察的樣品制備相對復雜且要求高，需要對細胞進行特殊處理如固定、脫水、包埋等，而光學顯微鏡觀察的樣品制備相對簡單，通常只需對細胞進行染色等常規處理。電子顯微鏡觀察多在真空環境下進行，且電子束對樣品有一定損傷，而光學顯微鏡可在大氣環境下直接觀察活細胞，對細胞的損傷較小。此外，電子顯微鏡觀察得到的圖像多為黑白灰度圖像，需要借助特殊技術進行彩色化處理以增強視覺效果，而光學顯微鏡觀察可直接獲得彩色圖像。