1)膜表面结构的观察与测定，包括孔结构、孔尺寸、孔径分布；
2)膜表面形态的观察，确定其表面粗糙度；
3)膜表面污染时的变化，以及污染颗粒与膜表面之间的相互作用力，确定其污染程度；
4)膜制备过程中相分离机理与不同形态膜表面的之间的关系。
膜表面结构的观察与测定:
当一幅清晰的原子力显微镜图象得到后，在图象上选定一条线作线分析（line analysis ），可做孔径和孔径分布的研究。在使用AFM 原子力显微镜观测膜的表面时，科研工作者不忘将其测定结果与其它方法得到的结果进行了比较。研究发现，原子力显微镜 的接触模式与非接触模式的测定结果相似，而SEM 和TEM 的测定值都偏小。造成这种偏差的原因是由测定方法所决定的。SEM 要求在样品表面覆盖一层导电层，而TEM 要求制备样品的复制品。这些对试样的预先处理都会带来测量上的偏差。这已经得到了证实。同时，膜也有可能被电子光束所破坏。在膜表面结构和形态的观察中研究人员还发现，膜的操作环境同样会对测量结果产生影响。我们知道，AFM原子力显微镜可以在大气环境和液体环境中对膜表面进行成像扫描。Bowen 在研究微孔膜时发现，随着NaCl 溶液浓度的变小，得到的表面图象和孔径测定结果都相对较差。因此，原子力显微镜不是说按一个简单的按钮就可以完成所有的工作，它需要在测试时调整各种参数以求达到Z好的结果。尽管如此，它仍然不失为膜表面观察的技术。
膜的表面粗糙度:
通常认为，由高分子材料制备得到的合成膜表面应当是光滑的，因此认为在膜的制备过程中产生表面带有花纹的膜是所不希望得到的。但是，随着膜科学技术的发展和对膜现象的深入了解，人们越来越意识到为什么表面看似有花纹的膜在其透过通量上却比平整的膜表面有更大的优势。AFM原子力显微镜利用其先进的扫描技术和分析方法可以对膜的表面图象进行分析，得到其粗糙度参数。可以用原子力显微镜观察反渗透膜时找到膜的透过通量与粗糙度之间的关系：随膜表面粗糙度增高，膜的水通量增大，这是因为膜的有效面积增大的缘故。换言之，表面粗糙度大的膜表面可以获得更大的比表面积以及更大的透过通量。用AFM原子力显微镜研究膜表面时还发现，膜表面的粗糙区可分为非晶形区和晶形区，而且膜表面的不规整性还会影响膜的物理化学性质。
透气通量与膜表面粗糙度的变化关系:
反渗透膜和超滤膜在水处理中的一个主要问题是膜污染。在对膜的粗糙度进行研究时发现，膜表面的粗糙度与膜污染之间存在一定的关系。Elimelech 等研究了被胶体污染了的醋酸纤维素反渗透膜和芳香聚酰胺反渗透复合膜，发现芳香聚酰胺复合膜的受污染程度高，这主要归因于复合膜表面的粗糙度高。而且膜表面图象也显示了相对于醋酸纤维素反渗透膜较为平整的膜表面，芳香聚酰胺复合膜存在大量的“山峰”结构。Bowen对纳滤膜的研究也得到了相似的结果。
由上可见，原子力显微镜对膜表面的粗糙度的分析，对膜的性能与表面形态之间的关系研究提供了很大的方便。
膜表面污染程度研究:
在研究膜的污染状况前，先看看AFM原子力显微镜在其中的作用。原子力显微镜可以通过测量悬臂的弯曲程度来测量膜表面与探针针尖之间的相互作用力。假设将针尖的硅/二氧化硅取而代之，换以一球形颗粒附着在悬臂上，测量其与膜表面之间的作用力，便可知其在膜上的粘附程度，从而预见膜表面的污染状况，这种技术称为“胶粒探针”技术。随着技术的提高，颗粒的直径可以从0.75μm 做到15μm。利用“胶粒探针”技术定量分析膜表面与各种材料之间的相互作用力使得快速评估不同颗粒在膜表面的污染状况成为可能，简化了膜的研制过程，并在膜材料的选择方面提供理论指导依据，从而推动低污染或无污染膜的快速发展。
成膜机理研究:
高分子膜结构与相分离机理紧密相关，尤其是非晶形聚合物，相分离过程对膜的表面形态和结构影响很大。AFM原子力显微镜对膜表面形态与结构的成像与分析，对于膜制备过程中的成膜机理研究也带来了很大的帮助。
原子力显微镜在膜技术方面显示了强大的应用能力。无论在空气中或是液体环境中，AFM原子力显微镜无需对膜进行任何可能破坏表面结构的预处理，就能生成高清晰度的膜表面图象。通过对膜表面形态、结构以及与颗粒间的相互作用力进行测定，使人们掌握膜的结构、形态与膜性能之间的关系，了解膜的抗污染程度，以及对成膜机理进行更深入的研究，推动膜科学技术的迅猛发展。