在地质学中，SEM广泛用于矿物、岩石、古生物、陨石及沉积物等样品的微观形貌与成分分析，可观察矿物晶体形态、表面生长纹、溶蚀与风化特征、黏土矿物集合体、岩石孔隙结构及微裂隙分布，鉴定锆石、磷灰石等重矿物和微体古生物化石，分析陨石与月球样品的表面微结构，并借助背散射成像和能谱（EDS）进行矿物相区分与微区元素定性和面分布分析；配合低真空模式，部分未镀膜或含少量水分的样品也可直接观察，为地质构造演化、矿床成因、古环境重建和行星科学研究提供直观可靠的微观依据。