电子的应用领域很多，像电子束焊接、阴极射线管、电子显微镜、放射线治疗、激光和粒子加速器等等。在实验室里，精密的尖端仪器，像四极离子阱，可以长时间约束电子，以供观察和测量。大型托卡马克设施，像国际热核聚变实验反应堆，借着约束电子和离子等离子体，来实现受控核聚变。无线电望远镜可以用来探测外太空的电子等离子体。
在一次美国国家航空航天局的风洞试验中，电子束射向航天飞机的迷你模型，模拟返回大气层时，航天飞机四周的游离气体。
远距离地观测电子的各种现象，主要是依靠探测电子的辐射能量。例如，在像恒星日冕一类的高能量环境里，自由电子会形成一种藉著制动辐射来辐射能量的等离子。电子气体的等离子振荡。是一种波动，是由电子密度的快速震荡所产生的波动。这种波动会造成能量发射。天文学家可以使用无线电望远镜来探测这能量。
电子束科技，应用于焊接，称为电子束焊接。这焊接技术能够将高达107W·cm2能量密度的热能，聚焦于直径为0.3～1.3mm的微小区域。使用这技术，技工可以焊接更深厚的物件，限制大部分热能于狭窄的区域，而不会改变附近物质的材质。为了避免物质被氧化的可能性，电子束焊接必须在真空内进行。不适合使用普通方法焊接的传导性物质，可以考虑使用电子束焊接。在核子工程和航天工程里，有些高价值焊接工件不能忍受任何缺陷。这时候，工程师时常会选择使用电子束焊接来完成任务。
电子束平版印刷术是一种分辨率小于一毫米的蚀刻半导体的方法。这种技术的缺点是成本高昂、程序缓慢、必须操作于真空内、还有，电子束在固体内很快就会散开，很难维持聚焦。最后这缺点限制住分辨率不能小于10nm。因此，电子束平版印刷术主要是用来制备少数量特别的集成电路。
技术使用电子束来照射物质。这样，可以改变物质的物理性质或灭除医疗物品和食品所含有的微生物。做为放射线疗法的一种，直线型加速器。制备的电子束，被用来照射浅表性肿瘤。由于在被吸收之前，电子束只会穿透有限的深度（能量为5～20MeV的电子束通常可以穿透5cm的生物体），电子束疗法可以用来医疗像基底细胞癌一类的皮肤病。电子束疗法也可以辅助治疗，已被X-射线照射过的区域。
粒子加速器使用电场来增加电子或正子的能量，使这些粒子拥有高能量。当这些粒子通过磁场时，它们会放射同步辐射。由于辐射的强度与自旋有关，因而造成了电子束的偏振。这过程称为索克洛夫-特诺夫效应。很多实验都需要使用偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可以用来降低电子束温度，减少粒子的动量偏差。一当粒子达到要求的能量，使电子束和正子束发生互相碰撞与湮灭，这会引起高能量辐射发射。探测这些能量的分布，物理学家可以研究电子与正子碰撞与湮灭的物理行为。
低能电子衍射技术（LEED）照射准直电子束于晶体物质，然后根据观测到的衍射图案，来推断物质结构。这技术所使用的电子能量通常在20～200eV之间。反射高能电子衍射（RHEED)）技术以低角度照射准直电子束于晶体物质，然后搜集反射图案，从而推断晶体表面的资料。这技术所使用的电子的能量在8～20keV之间，入射角度为1～4°。
电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。由于电子束与样本的相互作用，电子的性质会有所改变，像移动方向、相对相位和能量。细心地分析这些数据，即可得到分辨率为原子尺寸的样本影像。使用蓝色光，普通的光学显微镜的分辨率，因受到衍射限制，大约为200nm；相互比较，电子显微镜的分辨率，则是受到电子的德布罗意波长限制，对于能量为100keV的电子，分辨率大约为0.0037nm。像差修正穿透式电子显微镜。能够将分辨率降到低于0.05nm，足够清楚地观测个别原子。这能力使得电子显微镜成为，在实验室里，高分辨率成像不可缺少的仪器。但是，电子显微镜的价钱昂贵，保养不易；而且由于操作时，样品环境需要维持真空，科学家无法观测活生物。
电子显微镜主要分为两种类式：穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作原理类似高架式投影机，将电子束对准于样品切片发射，穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品，就好像在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1 000 000倍甚至更高。应用量子隧穿效应，扫描隧道显微镜将电子从尖锐的金属针尖隧穿至样品表面。为了要维持稳定的电流，针尖会随着样品表面的高低而移动，这样即可得到分辨率为原子尺寸的样本表面影像。
自由电子雷射将相对论性电子束通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排交替方向的磁场的磁偶极矩组成。由于这些磁场的作用，电子会发射同步辐射；而这辐射会同调地与电子相互作用。当频率匹配共振频率时，会引起辐射场的强烈放大。自由电子雷射能够发射同调的高辐射率的电磁辐射，而且频域相当宽广，从微波到软X-射线。不久的将来，这仪器可以应用于制造业、通讯业和各种医疗用途，像软组织手术。
