Die Elektronendichten von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen unterscheiden sich nur minimal voneinander. Im TEM führt dieser Fakt bei biologischen Proben zu kontrastarmen und auflösungsschwachen Bildern, ausgelöst durch unelastische Streuung der Elektronen. Zur Verbesserung des Kontrasts der biologischen Strukturen werden in der Regel Schwermetallionen verwendet, wie Uranylacetat (für Lipide, DNA/RNA, Proteine), Bleicitrat (für Proteine, Glykogen, reduziertes Osmium) und Phosphorwolframat (für Polysaccharide, Glykogen). Die Kontrastierung kann wahlweise vor der Dehydrierung und/oder nach dem Schneiden erfolgen. Bestimmte Makromoleküle oder kryofixierte Objekte können bei spezieller Fragestellung nach dem Schneiden direkt mit Platin, Gold oder Kohlenstoff mit Rotationsbedampfung kontrastiert werden. Bedampfungsverfahren können mit anderen Kontrastiermethoden und Immunogoldfärbung verbunden werden.