原子力显微镜在生物领域有着广泛的应用，生物分子能够在原子力显微镜的检测下，看到物质超微结构的变化，这些变化包含表面结构的缺陷、表面吸附的形态等。对生物分子的研究有着重要的作用。
原子力显微镜可研究活细胞或固定细胞如红细胞、白细胞、细菌、血小板、心肌细胞、活肾上皮细胞及神经胶质细胞的动态行为。原子力显微镜对体外动态细胞的分析具有非凡的能力。这些研究大都把样品直接放置在玻片上，不需要染色和固定，样品制备和操作环境相当简单。
原子力显微镜在生物领域的应用中，能够用以研究细胞的动态行为。所研究的细胞包括很多类型的活细胞，对这些细胞具有很强的分析能力。这些细胞的检测，不需要特别的设置，直接将其放置在显示镜下就能够实现。不需要特殊固定，操作起来简单易上手。举个例子来说，通过原子力显微镜来研究活肾上皮细胞，可在浆膜小斑上以50nm的分辨率观察细胞骨架元素、浆膜浅凹和膜结合丝。
原子力显微镜能够对这些细胞进行细微的纳米级的检测，看到其细微的结构变化，将这些变化通过计算机系统记录并采集，从而能够进行进一步细微的研究。通过原子力显微镜还能够观测到水中微小细菌的细胞结构，能够细微的观察到其变化。
除此之外，原子力显微镜还可以用来观察神经元和神经胶质细胞在活体状态下质膜下微丝的运动，从而能够看到其中的病理性细胞，并且能够进行相关的人工操作，这对生物医学领域的发展有着重要的意义。由此可见，原子力显微镜能够对生物分子形态学进行细微的观察与研究，通过观察生态细胞表面形态的变化，来对细胞的变化进行观察，尤其是对一些病理细胞的观察，对生物医学的发展意义非凡。
除了对细胞的观察，原子力显微镜还能够对蛋白质、DNA、病毒等进行细微的观测，能够较为直接的观察到这些生物分子的变化。从而为生物技术的发展奠定了良好的基础。
原子力显微镜技术凭借其本身的高分辨率优势，广泛的应用在生物科学领域。已经成为物体表面结构高分辨率图像的重要工具。更重要的是能够观察细微的生物宏观分子的变化，这就使得原子力显微镜在生物领域拥有了广阔的发展前景。随着样品制备技术的完善，未来原子力显微镜的将朝着更加的精细化方向发展，在原来的高分辨率的基础上，再有一些更大突破。
原子力显微镜是一种分辩率尤高的显微镜，摆脱了以往传统显微镜的在分辨率方面的缺陷，对生物领域宏观分子的检测有很大的助益。而在实践中，原子力显微镜在生物科学领域应用还是比较广泛的，对于生物细胞的检测，对于神经元以及神经胶质细胞在活体状态的变化等都有着重要的意义。相信未来原子力显微镜还将持续不断应用在生物科学领域。