原子力显微镜是用来研究固体材料的表面结构一种分析仪器，包括绝缘体。它通过对待测样品表面与微力传感元件之间极弱的原子相互作用进行检测，以此来对材料的表面结构和性能进行研究。
微悬臂对弱力非常敏感，因此如果微悬臂一端固定，而另一端的靠近样品时，就会与样品发生相互作用，而力的作用会让微悬臂发生变形，其运动状态也会改变。在扫描样品时，如果需要知道获得力的分布信息，可以利用传感器来检测这些变化，因此纳米级分辨率的表面形态结构信息就可以获取，以及表面粗糙度信息也可以获取。
AFM原子力显微镜的主要组成部分中的微悬臂运动如果和样品之间有短程斥力存在，那么通过检测斥力来得到表面原子分辨率图像。正常情况下，分辨率也是在纳米级。原子力显微镜测量对样品没有特殊要求，可以测量固体表面、吸附系统等。
AFM原子力显微镜与SEM扫描电镜相比较而言存在很多优势。
①电子显微镜只能提供二维图像，而AFM能提供真实的三维表面图像。
②同时，原子力显微镜不需要对样品进行任何特殊处理，如镀铜、镀碳等，避免对样品造成不可逆的损害。
③电子显微镜需要在高真空环境下工作，而AFM原子力显微镜在常压甚至液体环境下也能很好地工作。这样一来，它就可以用来研究生物大分子，甚至是活的生物组织。