Um microscópio óptico, que utiliza luz visível, não consegue resolver objetos menores que cerca de 0,2 micrômetros (μm) devido às limitações impostas pelo comprimento de onda da luz. Os átomos estão na escala de alguns décimos de nanômetro (nm), que é cerca de mil vezes menor que o limite de resolução de um microscópio óptico. Portanto, um microscópio óptico não pode ser usado para ver átomos.

Para ver os átomos, é necessário usar um microscópio que utiliza um feixe de partículas com comprimento de onda muito menor que a luz visível. Um desses microscópios é o microscópio de tunelamento de varredura (STM), que usa uma ponta de metal afiada para escanear a superfície de um material. A ponta é posicionada muito próxima da superfície e uma voltagem é aplicada entre a ponta e a amostra. Isto faz com que uma corrente de tunelamento flua entre a ponta e a amostra, que pode ser usada para criar uma imagem da superfície. O STM pode atingir uma resolução de uma fração de nanômetro, permitindo a imagem de átomos individuais.

Outro tipo de microscópio que pode ser usado para ver átomos é o microscópio eletrônico de transmissão (TEM). O TEM utiliza um feixe de elétrons acelerados a energias muito altas, o que permite atingir uma resolução de alguns picômetros (pm), que é aproximadamente do tamanho de um átomo.