TEM 性能 的主要限制因素是球差（也称为像差）、色差和像散。球差和色差限制了传统 TEM 的分辨率。在使用静态旋转对称电磁场时，这两种缺陷都是不可避免的。球差是决定物镜性能的最重要因素。对于较厚的样品，色差会更加严重。为了减少这个问题，最好制作更薄的样品。散射会影响图像的聚焦能力，但可以完全校正。球差是由透镜场对离轴光线的不均匀影响引起的。换句话说，与光轴“平行”但距离光轴不同距离的光线无法汇聚在同一点。电子偏离光轴越多，它们向光轴弯曲的程度就越大。因此，点状物体成像为有限大小的圆盘，这限制了放大细节的能力。

下图显示了球差的影响。点P在“最小混淆”平面上成像为半径最小的圆盘，在成像平面上成像为PI。中心亮区强度高，周围有光晕。

计算像平面上球面像差盘半径（rsph）的表达式如下： 

Rsph=Cs β3

其中Cs是特定透镜的一个常数，称为球面像差系数，β是物镜孔径的最大会聚半角。根据这个推导，Cs有一个长度维度，通常约等于焦距。在TEM中，焦距通常约为3毫米，但在HRTEM中远小于1毫米。最小化像差的方法之一是使用短焦距透镜（即球面像差系数小的透镜）。下图是点光源通过具有负球面像差（顶部）、零球面像差（中心）和正球面像差（底部）的系统成像的示例。只有中心点是一个点，其上方和下方的图像显示为圆盘。

球面像差对点光源的影响。中心左侧的图像向内散焦；中心右侧的图像向外散焦。

色差：色差一词与电子的能量有关，电子不是单色的（从光学引入，可以理解为电子没有能量波动）。从电子枪发射出的电子具有各种能量，物镜会使它们发生不同程度的弯曲；能量较低（损失较大）的电子弯曲更严重。因此，从样品上某一点出发的电子再次形成圆盘状图像，就像球面像差一样。圆盘的半径（rchr）通过以下公式得出：式中，Cc为透镜的色差系数（长度），ΔE为电子的能量损失，Eo为初始电子束能量，β为透镜的收集半角。
入射电子束中的ΔE小于1eV。对于大多数穿过厚度为50-100nm的样品的电子，ΔE通常为15-25eV。样品越厚，色差越大，因为非弹性散射电子的比例较高，可能会受到色差的影响。

像散：当电子束的横截面不是完全圆形时，就会发生像散。