原子力显微镜虽然名字里有“显微镜”这三个字，却并不像光学显微镜和电子显微镜那样利用电磁波或者微观粒子来“看”一个物体，而是通过一根小小的探针来间接地感知物体表面的结构。这根探针小到什么程度呢?探针主要部分是一个长约100微米，宽约20微米的条状物，我们称其为悬臂。在悬臂的末端是一个更小的尖状物，Z末端的直径一般只有十几个纳米，我们称它为针尖。针尖和悬臂合起来构成了一个完整的AFM原子力显微镜的探针，一般使用硅或者氮化硅作为材料。可以说探针是原子力显微镜很关键的部件。
针尖和物体表面之间的作用力是十分微弱的，该如何有效测量它的大小呢?
由于针尖和悬臂是连在一起的，针尖受到的力会导致悬臂发生弯曲，受力越大，悬臂弯曲的越厉害。这样，通过测量悬臂弯曲的程度，我们就可以知道针尖与物体表面之间的作用力的大小。但是悬臂由于受力而发生的弯曲依然很小，直接测量这么小的程度的弯曲并不现实。
AFM原子力显微镜的***巧妙地解决了这个难题。他们将一束激光投射到悬臂的上表面，激光被悬臂反射后又被检测器接收。当悬臂没有受力时，可以调节激光的位置使得反射之后的激光光束恰好到达检测器的ZX并保持入射激光光束的位置不变。一旦悬臂由于受力而发生弯曲，经悬臂反射到达检测器的激光必然会偏离检测器的ZX。通过激光束的反射，悬臂的弯曲程度可以被放大1000倍，这样我们就能够准确地测量出悬臂的弯曲程度。
我们可以再给针尖-悬臂-激光光束的很好的组合配上一部精确控制的马达，使得探针能够以非常小的尺度在物体表面上移动，再加上必要的计算机软件辅助，我们就能够准确地探测到物体表面的微观结构。