负染色首先由Hall在1955年提出。Hall在病毒研究中用磷钨酸染色后，发现图像的背景很暗，而病毒象一个亮晶的"空洞"被清楚地显示出来。在超薄切片的染色中，染色后的样品电子密度因染色而被加强，在图像中呈现黑色。而背景因未被染色而呈光亮，这种染色称为正染色。而负染色则相反，由于染液中某些电子密度高的物质(如重金属盐等)"包埋"低电子密度的样品，结果在图像中背景是黑暗的，而样品像"透明"地光亮。两者之间的反差正好相反，故称为负染色。

对于负染色的机制目前还不十分了解。对颗粒状的生物材料的研究而言，负染色技术与超薄切片方法相比具有分辨率高(可达15Å)，简单快速等优点。因此，在生物学研究中得到越来越广泛的应用。它可以显示生物大分子、细菌、病毒、分离的细胞器以及蛋白质晶体等样品的形状、结构、大小以及表面结构的特征。尤其在病毒学中，负染色技术成为不可取代的实验技术。

用作负染色的负染色剂应具有:

较强的电子散射能力以产生足够的图像反差; 熔点高，在电子束的轰击下不会升华; 溶解度大，不易析出沉淀; 在电镜下不呈现出可观察到的结构; 分子小，容易渗入不规则表面的凹陷处; 与样品不起化学反应等。 目前最常用的负染液是磷钨酸、磷钨酸钾和磷钨酸钠(分别简称为PTA、KPT、NaPT)。此外醋酸铀、甲酸铀、硅钨酸、钼酸铵等也常作负染色剂用。