原子力显微镜利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于AFM原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。
它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的较微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。
原子力显微镜的用途：
材料表面形貌的观察和分析；
对生物细胞的表面形态观察；
生物大分子的结构及其他性质的观测研究；
生物分子间力谱曲线的观测。
在进行实验时，应注意样品颗粒或者表面粗糙度不能过大。如果样品表面起伏过大的样品可能会超出仪器扫描范围，另外粗糙度比较大的样品会导致针尖易磨钝或者受污染，对图像质量有很大影响，且磨损无法修复增加耗材成本。