Из всех неоптических методов литографии этот является наиболее распространенным. В нем для воздействия на резист используется не фотоны, а электронный луч, вызывающий химические изменения, которые впоследствии приводят к изменению растворимости. Однако, в отличие от фотолитографии, в этом методе нет маски, и луч не освещает всю подложку.

Электронный луч генерируется, ускоряется, фокусируется на небольшом пятне и сканируется по подложке для создания изображения. Механизм сканирования осуществляется за счет комбинации механического перемещения стола с подложкой и наклона электронного луча. Узор создается путем модуляции тока пучка, который включается и выключается по мере сканирования. Устройство аналогично сканирующему электронному микроскопу, в котором электронный луч, управляющая катушка и подложка установлены в высоковакуумной камере.

Электронно-лучевые системы обычно имеют очень низкие числовые апертуры, порядка 0,01. Преимуществом является очень большая глубина фокуса. Несмотря на низкую числовую апертуру, ожидаемое разрешение должно составлять порядка 1 нм. На практике, однако, это не так. Параметр k1 в электронно-лучевых системах гораздо больше, чем в оптических. Как мы уже видели, теоретически возможное минимальное значение k1 составляет 0,25, что для электронов с энергией 10 кэВ приводит к субнанометровому разрешению. Однако в современной системе EBL значение k1 составляет около 5. Это связано с размытием, вызванным более слабой сферической и хроматической аберрацией в магнитной фокусирующей системе и взаимодействием электронного пучка с подложкой, излучающей вторичные электроны. В результате реальное разрешение EBL находится в диапазоне всего 5 нм.

Самым большим преимуществом EBL является высокое разрешение. Благодаря малой числовой апертуре глубина фокуса также велика. Это делает систему очень удобной для литографии на подложках с топографическими особенностями и небольшими искривлениями. В настоящее время EBL широко используется для изготовления масок для фотолитографии, особенно когда требуемое разрешение маски превышает возможности лазерного сканера. Это, безусловно, самое крупное коммерческое применение EBL. В научно-исследовательских работах EBL используется во всех случаях, когда размер желаемых элементов меньше 500 нм, минуя маску и записывая рисунок непосредственно на резист. В то время как погружная глубокая УФ-проекция может легко достигать размеров менее 100 нм, такие инструменты обычно недоступны за пределами крупных производств. Поэтому для исследований и разработок EBL стал предпочтительным инструментом для остановки контактной литографии. Самый большой недостаток EBL - его низкая скорость. Поскольку это сканирующая система, она по своей природе медленная. Эта скорость обратно пропорциональна разрешению, и по мере уменьшения размера пятна луча для достижения более высокого разрешения скорость также уменьшается. В зависимости от плотности рисунка и требуемой дозы, на запись области размером 1×1 дюйм может уйти несколько часов. Еще одним недостатком является требование, чтобы подложка была проводящей. Как и при сканирующей электронной микроскопии, ток электронного пучка должен быть заземлен через подложку для поддержания нейтральности заряда. Любые локальные эффекты заряда могут значительно снизить разрешение. При нанесении надписей на фотомаску, хотя подложка стеклянная, перед нанесением резиста на нее наносится металлическая пленка, которая электрически заземляется. Поскольку кремний является частично проводящим, запись на пленке резиста на кремниевой подложке также возможна. В других случаях, когда речь идет о чисто изолирующих системах, необходимо тщательно продумать способ рассеивания накопленного заряда.