該系統為電子探針分析提供具有足夠高的入射能量，足夠大的束流和在樣品表面轟擊殿處束斑直徑近可能小的電子束，作為X射線的激發源。為此，一般也采用鎢絲熱發射電子槍和2-3個聚光鏡的結構。 為了提高X射線的信號強度，電子探針必須采用較掃描電鏡更高的入射電子束流（在10-9-10-7A范圍），常用的加速電壓為10-30 KV，束斑直徑約為0.5μm。
電子探針在鏡筒部分與掃描電鏡明顯不同之處是由光學顯微鏡。它的作用是選擇和確定分析點。其方法是，先利用能發出熒光的材料（如ZrO2）置于電子束轟擊下，這是就能觀察到電子束轟擊點的位置，通過樣品移動裝置把它調到光學顯微鏡目鏡十字線交叉點上，這樣就能保證電子束正好轟擊在分析點上，同時也保證了分析點處于X射線分光譜儀的正確位置上。在電子探針上大多使用的光學顯微鏡是同軸反射式物鏡，其優點是光學觀察和X射線分析可同時進行。放大倍數為100-500倍。