Die Beugung von Elektronen an der amorphen oder meist kristallinen Probe ermöglicht die Bestimmung der Kristallstruktur und –symmetrie. Es wird zwischen der Feinbereichsbeugung (engl.: Selected Area Diffraction) und der konvergenten Elektronenbeugung (engl.: Convergent Beam Electron Diffraction) unterscheiden. Bei der Feinbereichsbeugung (SAD) werden die Elektronen eines parallelen Elektronenstrahls in Richtung des Primärelektronenstrahls gebeugt. Unterschiedliche Bereiche der Probe können durch eine Feinbereichsbeugungsblende selektiert werden und die laterale Auflösung liegt im Bereich von ~250 nm. Durch eine Erhöhung des Konvergenzwinkels werden die punktförmigen Beugungsreflexe zu Beugungsscheiben aufgezogen, was als konvergente Elektronenbeugung (CBED) bezeichnet wird. Die laterale Auflösung dieser Methode ist im Wesentlichen durch den Primärelektronenstrahldurchmesser limitiert und liegt im Bereich von wenigen Nanometern. Zusätzlich können Punktbeugungsbilder von Strukturen im Größenbereich von wenigen Nanometern durch die Nanobeugung (engl.: Nanodiffraction) untersucht werden.