Если в световой микроскопии дифференцировка компонентов ткани достигается с помощью окрашивания теми или иными красителя, то в электронной микроскопии "красители" - это вещества или ионы, содержащие элементы с большим атомным весом, интенсивно рассеивающие электроны. Чем больше протонов содержится в атомном ядре, тем больше электронов, окружающих это ядро.

Как ядро атома, так и расположенное вокруг него электронное облако отклоняют электроны в луче, проходящем через объект. Однако именно рассеивание электронов луча электронным облаком (неупругое рассеивание) в наибольшей степени способствует созданию контрастности изображения. Большинство химических элементов, входящих в состав животных и растительных тканей, характеризуется небольшим атомным весом:

Водород, Углерод, Азот, Кислород, Фосфор, Сера. Эти легкие элементы обладают очень небольшой способностью рассеивать электроны. Для того чтобы создать в тканевых компонентах диапазон плотностей, достаточный для получения их отчетливого изображения, в качестве "электронных красителей" были использованы различные тяжелые металлы (т. е. атомы с большими ядрами, окруженными облаком с большим числом электронов).

Естественно, что чисто случайное распределение атомов тяжелых металлов по ткани не придало бы изображению в электронном микроскопе необходимую контрастность. Для этого нужно увеличить массу определенных участков объекта. Было показано, что целый ряд солей тяжелых металлов можно использовать в качестве "электронных красителей", усиливающих контрастность изображения, и приблизительно полдюжины их нашло широкое применение.

Реакции между "электронными красителями" и компонентами ткани, как и реакции взаимодействия фиксатора и ткани, еще не до конца выяснены. Большинство катионов тяжелых металлов образуют комплексы с отрицательно заряженными группами тканевых компонентов; обычно в состав этих групп входит азот, кислород, сера или фосфор.