环境扫描电子显微镜(ESEM)采用多级真空系统、气体二次电子信号探测器等独特设计。观察不导电样品不需要镀导电膜，可以在控制温度、压力、相对湿度和低真空度的条件下进行观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品，减少了样品的干燥损伤和真空损伤。　　环境扫描电子显微镜有三种工作方式：高真空方式(常规方式);低真空方式0.1~1Torr;环境方式:0.1~20Torr。　　在高真空的常规扫描电镜中，用标准的Everhart Thornley探测器来接受被高能入射电子激发的样品的信号电流(二次电子和部分背散射电子)，经放大后形成图像。　　在低真空及环扫模式下，由电子枪发射的高能入射电子束穿过压差光阑进入样品室，射向被测定的样品，从样品表面激发出信号电子:二次电子-SE和背散射电子-BSE。由于样品室内有气体存在，入射电子和信号电子与气体分子碰撞，使之电离产生电子和离子。如果我们在样品和电极板之间加一个稳定电场，电离所产生的电子和离子会被分别引往与各自极性相反的电极方向，非导体表面积累的负电荷会与电离出来的正电荷中和而消除荷电。　　其中电子在途中被电场加速到足够高的能量时，会电离更多的气体分子，从而产生更多的电子，如此反复倍增。环境扫描电子显微镜探测器正是利用此原理来增强信号的，这又称气体放大原理。LFD(低真空度模式下使用的探测器)和GSED(环扫模式下使用的探测器)探头接收这些信号并将其直接传到电子放大器放大成电信号去调制显象管或其它成像系统。