Ultramikroskopski objekti, koji se ponekad nazivaju submikroskopski ili nanoskopski, su objekti premali da bi se mogli korisno promatrati konvencionalnim mikroskopom. To se obično odnosi na objekte manje od oko mikrona veličine, ali se može odnositi i na bakterije velike veličine od nekoliko mikrona. Mikron, ili mikrometar, je milijunti dio metra, a slijedi nanometar, koji je milijardni dio metra.
Najčešći način promatranja ultramikroskopskih objekata je elektronski mikroskop, izumljen 1931. Nekoliko drugih uključuje ultramikroskop, koji promatra objekte manje od valne duljine svjetlosti promatrajući njihove difrakcijske prstenove na crnom tijelu, i skenirajući tunelski mikroskop, koji koristi kvantne efekte za prikaz pojedinačnih atoma.
Neke ultramikroskopske duljine i objekti uključuju:
Atom vodika – 0.05 nm.
Atom sumpora – 0.1 nm.
Promjer ugljične nanocijevi – 1 nm.
Promjer spirale DNK – 2 nm.
10 parova baza u tipičnom DNK lancu – 3.4 nm.
Debljina tipične stanične membrane – 6-10 nm.
Najmanji virusi – 20 nm.
Valna duljina ekstremnog ultraljubičastog svjetla – 40 nm.
Najmanja veličina današnjih mikročipova – 65 nm.
Veličina tipičnih čestica dima – 100 nm.
Najveći poznati virus,
Spektar vidljive svjetlosti (ljubičasti) počinje – 380 nm.
Promjer kapside najvećeg poznatog virusa, Mimivirusa – 400 nm.
Promjer najmanje poznate bakterije, Haemophilus influenzae – 500 nm.
Neformalna gornja granica ultramikroskopskog režima – 1000 nm.
Kada se elektronski mikroskop prvi put počeo komercijalno koristiti 1940-ih, jedna od njegovih prvih primjena bila je karakterizacija i opis virusa, koji su se do tog vremena smatrali relativno tajanstvenim. Velik dio pionirskih istraživanja odvijao se u Njemačkoj, Kanadi i Sjedinjenim Državama. Otkriveno je da se virusi, zajedno s većinom drugih ultramikroskopskih objekata, ne mijenjaju u odnosu na svoje okruženje, što ih je, kako se smatra, spriječilo da se uključe u stablo života.
Ostale namjene ultramikroskopa uključuju promatranje čestica magle i praćenje iona u komorama oblaka i proučavanje Brownovog gibanja, što je bila jedna od prvih tema kojima se Einstein bavio na početku svoje fizičke karijere.