نانولوله‌های کربنی (CNTS) نانو موادی متشکل از لایه‌های هم مرکز صفحات گرافن هستند که به شکل لوله‌های استوانه‌ای در محور طولی لیف آرایش یافته‌اند. نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWCNTS) استوانه‌های بدون درزی هستند که از شبکه لانه زنبوری تشکیل شده‌اند. این شبکه لانه زنبوری نشان‌دهنده تنها یک لایه اتمی از صفحه گرافن است. میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و بخصوص نوع با قدرت تفکیک بالا (HRTEM) اولین دستگاه‌هایی بودند که مشخصه‌های تصویری منحصر بفرد نانولوله‌های کربنی را نشان دادند. میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا نقش اساسی در تحقیق و توسعه مواد نانولوله‌های کربنی داشته‌اند. مزیت این روش مستقیم بودن آن است که از اعمال فرضیات فیزیکی و ریاضی اجتناب می‌کند. همچنین در این روش بدست آوردن تنوعی از نتایج آزمایشگاهی و تصاویری غنی از اطلاعات در مورد گستره‌ای از نمونه‌ها ممکن می‌شود. علاوه‌بر تصویربرداری، TEM و دیگر روش‌های بیان شده در این استاندارد می‌تواند در مورد ارزیابی کیفی خلوص نمونه‌های SWCNT اطلاعاتی را ارایه نماید. همچنین جزئیات ساختاری و ریخت‌شناسی نانولوله‌های کربنی مانند ساختار دیواره گرافن نقص‌ها، قطر، طول اندازه دسته‌ها جهت‌گیری و حضور مواد و نانوذرات در مجاورت SWCNTS ارائه نماید. در دیگر حالت‌های عملیاتی دستگاه امکان مطالعه مشخصه‌های دستوارگی، گرمایی و مکانیکی نانولوله‌های منفرد نیز وجود دارد. در استفاده از TEM باید دستورالعملی نظام‌مند وجود داشته باشد که اطلاعاتی قابل اطمینان و جامع درباره نمونه حاوی SWCNTS را بدست آورد. اساس و اصول کلی میکروسکوپ الکترونی عبوری مانند میکروسکوپ نوری است که در آن الکترون‌ها جایگزین پرتوهای نور شده است باریکه‌ای از الکترون‌ها بر روی نمونه نازک که الکترون را از خود عبور میدهد متمرکز شده است و باعث ظهور تصویر بر روی صفحه فلوروسنت بزرگ، لایه ای از فیلم عکس برداری یا یک آشکارساز آرایه ای که حساس به الکترون‌هاست می‌شود دستگاه‌های جدید متصل به رایانه‌ای مجهز به سیستم تصویربرداری دیجیتال است که تصاویر زنده را ثبت می‌کند. میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا ساختار بلور را توسط تصویربرداری تمایز فاز بررسی می‌کند. در نتیجه تفاوت زمان عبور الکترون در فازهای تشکیل‌دهنده در نمونه نازک، تصاویر تشکیل می‌شود. قدرت تفکیک TEMبه وسیله انحراف‌های رنگی و کروی محدود شده است اما نسل جدید دستگاه‌ها با داشتن ستون‌های نوری – الکترونی پیشرفته بطور قابل توجهی این انحراف‌ها را کاهش داده است. تصاویر معناداری با قدرت تمایز بالا در بزرگنمایی چند میلیونی با استفاده از نرم‌افزارهای اصلاح‌کننده انحراف‌های کروی حاصل می‌شود میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا می‌تواند برای مطالعه ساختارهای بلوری استفاده شود که این کار با تصویربرداری تمایز فازی انجام می‌شود تفاوت فاز امواج الکترونی پراش یافته در حین عبور از نمونه نازک موجب تشکیل تصویر می‌شود دستگاه HRTEM توانایی تعیین موقعیت‌های اتم‌ها در ماده را دارد که این توانمندی برای تحقیق و توسعه در فناوری نانو بسیار ضروری است.