Die Elektronenmikrosonde, auch als Elektronensondenmikroanalysator bekannt, wurde unter Verwendung von zwei Technologien entwickelt: Elektronenmikroskopie — die Verwendung eines fokussierten hochenergetischen Elektronenstrahls zur Wechselwirkung mit einem Zielmaterial und Röntgenspektroskopie – Identifizierung der Photonen, die aus der Elektronenstrahlwechselwirkung mit dem Ziel resultieren, wobei die Energie / Wellenlänge der Photonen charakteristisch für die von den einfallenden Elektronen angeregten Atome ist. Die Namen Ernst Ruska und Max Knoll sind mit dem ersten Prototyp des Elektronenmikroskops von 1931 verbunden. Der Name Henry Moseley ist mit der Entdeckung der direkten Beziehung zwischen der Wellenlänge der Röntgenstrahlen und der Identität des Atoms verbunden, von dem es stammt.
Es gab mehrere historische Threads zur elektronenstrahlmikroanalytischen Technik. Einer wurde von James Hillier und Richard Baker bei RCA entwickelt. In den frühen 1940er Jahren bauten sie eine Elektronenmikrosonde, die ein Elektronenmikroskop und ein Energieverlustspektrometer kombinierte. Eine Patentanmeldung wurde 1944 eingereicht. Die Elektronenenergieverlustspektroskopie eignet sich sehr gut für die Lichtelementanalyse und sie erhielten Spektren von C-Ka-, N-Ka- und O-Ka-Strahlung. 1947 patentierte Hiller die Idee, einen Elektronenstrahl zur Erzeugung analytischer Röntgenstrahlen zu verwenden, konstruierte jedoch nie ein funktionierendes Modell. Sein Entwurf schlug vor, die Bragg-Beugung eines flachen Kristalls zu verwenden, um bestimmte Röntgenwellenlängen und eine fotografische Platte als Detektor auszuwählen. RCA hatte jedoch kein Interesse an einer Kommerzialisierung dieser Erfindung.Ein zweiter Thread entwickelte sich Ende der 1940er Jahre in Frankreich. In den Jahren 1948-1950 baute Raimond Castaing unter der Aufsicht von André Guinier die erste Elektronenmikrosonde „microsonde électronique“ (Elektronenmikrosonde) am ONERA. Diese Mikrosonde erzeugte einen Elektronenstrahldurchmesser von 1-3 µm mit einem Strahlstrom von ~ 10 Nanoampere (nA) und verwendete einen Geigerzähler, um die aus der Probe erzeugten Röntgenstrahlen zu detektieren. Der Geigerzähler konnte jedoch Röntgenstrahlen, die von bestimmten Elementen erzeugt wurden, nicht unterscheiden, und 1950 fügte Castaing einen Quarzkristall zwischen der Probe und dem Detektor hinzu, um eine Wellenlängenunterscheidung zu ermöglichen. Er fügte auch ein optisches Mikroskop hinzu, um den Punkt des Strahlaufpralls zu sehen. Die resultierende Mikrosonde wurde in Castaings Doktorarbeit von 1951 beschrieben, die von Pol Duwez und David Wittry ins Englische übersetzt wurde und in der er die Grundlagen für die Theorie und Anwendung der quantitativen Analyse mittels Elektronenmikrosonde legte und den theoretischen Rahmen für die Matrixkorrekturen von Absorptions- und Fluoreszenzeffekten schuf. Castaing (1921-1999) gilt als „Vater“ der Elektronenmikrosondenanalyse.Die 1950er Jahre waren ein Jahrzehnt des großen Interesses an der Elektronenstrahl-Röntgen-Mikroanalyse, nach Castaings Präsentationen auf der Ersten European Microscopy Conference in Delft im Jahr 1949 und dann auf der National Bureau of Standards Conference on Electron Physics in Washington, DC, im Jahr 1951, sowie auf anderen Konferenzen in den frühen bis mittleren 1950er Jahren. Viele Forscher, vor allem Materialwissenschaftler, begannen, ihre eigenen experimentellen Elektronenmikrosonden zu entwickeln, manchmal von Grund auf neu, aber viele Male mit überschüssigen Elektronenmikroskopen.Einer der Organisatoren der Delft 1949 Electron Microscopy Conference war Vernon Ellis Cosslett am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge, einem Forschungszentrum für Elektronenmikroskopie sowie Rasterelektronenmikroskopie mit Charles Oatley sowie Röntgenmikroskopie mit Bill Nixon. Peter Duncan kombinierte alle drei Technologien und entwickelte in seiner Doktorarbeit (veröffentlicht 1957) einen Rasterelektronen-Röntgen-Mikroanalysator, der als Cambridge MicroScan Instrument kommerzialisiert wurde.Pol Duwez, ein belgischer Materialwissenschaftler, der vor den Nazis floh und sich am California Institute of Technology niederließ und mit Jesse DuMond zusammenarbeitete, begegnete André Guinier 1952 in einem Zug in Europa, wo er von Castaings neuem Instrument und dem Vorschlag erfuhr, dass CalTech ein ähnliches Instrument bauen sollte. David Wittry wurde beauftragt, ein solches Instrument als seine Doktorarbeit zu bauen, die er 1957 abschloss. Es wurde der Prototyp für die Elektronenmikrosonde ARL EMX.In den späten 1950er und frühen 1960er Jahren gab es über ein Dutzend andere Laboratorien in Nordamerika, Großbritannien, Europa, Japan und der UdSSR, die Elektronenstrahl-Röntgenmikroanalysatoren entwickelten.
Die erste kommerzielle Elektronenmikrosonde, die „MS85“, wurde 1956 von CAMECA (Frankreich) hergestellt.. Es wurde bald in der frühen Mitte der 1960er Jahre von vielen Mikrosonden von anderen Unternehmen gefolgt; jedoch sind alle Unternehmen außer CAMECA, JEOL und Shimadzu Corporation jetzt aus dem Geschäft. Darüber hinaus bauen viele Forscher Elektronenmikrosonden in ihren Labors. Zu den wesentlichen Verbesserungen und Modifikationen der Mikrosonden gehörten das Scannen des Elektronenstrahls zur Erstellung von Röntgenkarten (1960), die Hinzufügung von Festkörper-EDS-Detektoren (1968) und die Entwicklung synthetischer mehrschichtiger Beugungskristalle zur Analyse von Lichtelementen (1984). Später wurde CAMECA auch der Pionier bei der Herstellung einer abgeschirmten Version der Elektronenmikrosonde für nukleare Anwendungen. Mehrere neue Fortschritte bei CAMECA-Instrumenten in den letzten Jahrzehnten ermöglichten es ihnen, ihr Anwendungsspektrum in den Bereichen Metallurgie, Elektronik, Geologie, Mineralogie, Kernkraftwerke, Spurenelemente, Zahnmedizin usw. zu erweitern.