L'utilisation d'un faisceau d'électrons pour tracer des motifs sur une surface est connue sous le nom de lithographie par faisceau d'électrons. On parle également de lithographie électronique. Par rapport à la photolithographie, l'avantage de cette technique est qu'elle permet de repousser les limites de la diffraction de la lumière et de dessiner des motifs avec une résolution pouvant aller jusqu'au nanomètre. Cette forme de lithographie a trouvé diverses formes d'application dans la recherche et l'industrie des semi-conducteurs et dans ce qu'il est convenu d'appeler les nanotechnologies. La lithographie électronique implique un faisceau d'électrons qui doit être adressé précisément dans la zone que l'on veut impressionner. Bien que des concepts de projection analogues à ce qui est pratiqué en photolithographie aient été explorés, il s'agit, en pratique, d'un procédé purement sériel, nécessairement long, comparé à une technique parallèle comme la projection de masque utilisée couramment en photolithographie et pour laquelle la surface entière est impressionnée simultanément. Si la lithographie par faisceau d'électrons souffre d'un handicap lorsqu'il s'agit de produire des circuits intégrés dans une unité de fabrication de semi-conducteurs, elle est au contraire devenue la technique de référence pour la génération, c'est-à-dire l'écriture, de masques pour la photolithographie. L'écriture sérielle par faisceau d'électrons est également couramment utilisée pour la réalisation de circuits prototypes pour lesquels la réalisation d'un masque destiné aux productions de grands volumes ne s'impose pas. On peut faire de la lithographie électronique avec des systèmes spécialisés qui permettent d'obtenir un débit relativement élevé avec la possibilité de conserver une bonne résolution. Typiquement, elle permet de réaliser des lignes de 20 nanomètres sur une zone plus grande que le centimètre carré.