原子力显微镜的成像载体有很多种，如云母片、玻璃片、石墨、二氧化硅、生物膜等。生物样品多选用云母片，因为它的解理性好，表面非常光滑平整，还可进行化学修饰。
与电镜、X_线衍射等技术相比，原子力显微镜AFM制样简单，制样过程对样品原始形态的影响小。在空气或真空观察时，可以将纯化的样品直接滴加到成象载体上，吸附一定时间后用滤纸吸干、自然晾干或氮气吹干的方法去掉多余的水分，进行观察。在液体中观察时需要将样品加入到专用的液体池中。
原子力显微镜可用于各种微生物形态及其活动的研究。如病毒、细菌、原虫、支原体等。
下面仅举例说明。观察了4株金黄色葡萄球菌。无荚膜的2株细菌表面光滑，有荚膜的2株表面呈粘液状，且通过对微荚膜形态的观察，可以在镜下区别这两株细菌。
卫星烟草花叶病毒是一种球形的RNA病毒，将病毒吸附在新鲜解理的云母片上，分别在空气中和液体中用原子力显微镜AFM观察。测量高度得到病毒直径为17nm，与X_线衍射结果一致。在PH8.0以下结晶时，STMV形成正交晶体或单斜晶体，病毒颗粒的大小为17nm，当PH>8.0时，STMV结晶成立方晶体，病毒颗粒“肿胀”为18nm。
单纯疱疹病毒是一种有包膜的病毒，大小约100nm。将病毒吸附在云母片上，由于脂蛋白膜的影响，病毒壳蛋白的亚结构分辨不清；用去污剂处理后再观察，可以清楚地见到壳蛋白的结构，甚至衣壳子粒中央的孔也可见到。观察了痘苗病毒感染单个细胞的过程。作者用膜片钳技术中的微细吸管固定住单个培养的猴肾细胞，将痘苗病毒加入培养液中，用原子力显微镜观察不同时间后细胞和病毒的变化。加入病毒后，细胞变得光滑柔软，提示在这种状态下病毒易于穿过细胞膜。2h以后，细胞表面出现一些大小不一的隆起，逐渐增大，持续90s-10min后消失，分析是参与病毒组装的蛋白颗粒的胞吐现象。6h后，细胞表面出现更大的隆起，约200-300min宽，数分钟后突然消失，在细胞表面留下小的“癍痕”。比较以往的研究，认定这是一子代病毒通过胞吐作用从细胞中排出。利用与Haberle相似的装置对痘苗病毒感染猴肾细胞进行了更长时间的观察，确认了病毒排出细胞时的胞吐现象。