La microscopie électronique, basée sur la diffraction des électrons par la matière, permet d’accéder à des informations dans les deux espaces, le direct en mode image et l’indirect en mode diffraction. Ces techniques de diffraction sont nombreuses, le choix est fonction du problème posé. Cet article expose les techniques de diffraction en faisceau convergent classique et à grand angle. Pour ces deux approches, le faisceau incident est sous forme d’illumination conique, avec un angle d’ouverture plus ou moins grand et ne peut donc être représenté par un seul vecteur d’onde. Lorsque la région de l'échantillon illuminée se réduit à une faible surface, on parle de microdiffraction. Est abordée également la technique de précession, pour laquelle l’illumination se fait par un ensemble d’ondes planes dont les vecteurs d’onde en variant décrivent un cône.

L'exploration de la matière peut se faire à l'échelle atomique grâce à l'interaction entre les atomes et un rayonnement incident, de longueur d'onde comparable ou inférieure aux distances interatomiques. Ainsi, la diffraction des électrons obtenue en pratique avec un microscope électronique délivre des informations d’une grande richesse sur le cristal. Cette technique fait interagir des électrons de haute énergie avec le potentiel cristallin d'un spécimen mince. Après une description sommaire d’un microscope électronique, cet article aborde les techniques utilisées à ce jour dans ces interactions matière et électrons rapides. Un de leur intérêt majeur est le caractère très local de l'information. En effet, il est possible d'obtenir des tailles de sonde de l’ordre du nanomètre.