血液系统使用原子力显微镜对人外周血淋巴细胞活化48h内的形态学变化进行的研究表明：淋巴细胞在受刺激后形貌发生明显变化，同时细胞表面超微结构也趋复杂，出现免YI突触。刘美莉等利用afm原子力显微镜和SNOM分别进行了观察，发现淋巴细胞表面分布着凹凸不平的颗粒状结构，可以更深入的了解免YI信号的传递、淋巴细胞的活化、阐明免YI过程的作用机制。蔡小芳通过原子力显微镜力曲线的分析发现正常淋巴细胞和Jurkat细胞的力学性能有着明显区别。afm原子力显微镜以其分子力谱的优势应用于临床区分正常细胞和肿瘤细胞胡怡等利用原子力显微镜从可视化的角度观察人血小板与Ⅰ型胶原膜相互作用后受激活化过程中的形态学变化。
肿瘤细胞的观察应用afm原子力显微镜观察肿瘤细胞，利用所测得的形貌图和相图将观察到的肿瘤细胞和正常细胞进行比较，可以直观的获得细胞的异同，为探究肿瘤疾病的病因及发生机制开辟了新途径。早期，Ehrenhoefer等对MDCK细胞、WuHW等对L929细胞、Goldmann等对F9细胞、Rotsch等[24]对腺癌细胞的观察，发现各类细胞的细胞膜表面均有高度不等的“突起”和“凹陷”；不同种类的细胞“突起”和“凹陷”不同，表现出明显的差异。陈勇等对培养的人胃癌SGC7901、人肝癌HepG2、人肺癌细胞AF2TC2A21、人乳腺癌MCF272R和人肺腺癌A549细胞经药物作用后，进行细胞膜表面超微结构的观察，对于相关肿瘤细胞的特性有了更直观的了解。
近期，Kaul-Ghanekar等发现相对与正常相临近的组织切片，SMAR1表达减低的人类乳腺癌组织切片的表面粗糙度增高。王希涛等应用AFM观察了S100A8/A9处理后的人宫颈癌上皮细胞癌细胞系CasKi细胞，细胞形貌发生卷曲，皱缩，细胞膜下的骨架结构比较模糊，排列紊乱，网络状的结构遭到了破坏，细胞间连接和伪足减少。从而证实了S100A8/A9蛋白复合物对细胞骨架的影响是通过改变F-肌动蛋白的解聚和重排发生作用的。