原子力显微镜可以在真空、超高真空、气体、溶液、电化学环境、常温和低温等环境下工作，因此具有较广的应用范围。
在物理学中，AFM原子力显微镜可以用于研究金属和半导体的表面形貌、表面重构、表面电子态及其动态过程、超导体表面结构和电子态层状材料中的电荷密度等。
在生物学中，原子力显微镜可以应用于生物大分子的结构以及其他性质的研究，例如对于蛋白质、RNA、DNA，甚至细胞以及病毒的观察中。
另外，由于AFM原子力显微镜具有可以间接测得力与间距关系的特性，因此，除了将它用于形貌观测方面，它还可以被用于测量原子间作用力上。