原子力显微镜具有超高的成像分辨率，这使得它在多个领域都有实用的应用案例。
化学分子间作用的研究：中国国家纳米科学中心的科学家们利用AFM原子力显微镜技术，S次直接观察到了分子间的氢键，将教科书中的理论变成了“眼见为实”的实证。此外，还有科学家利用原子力显微镜对单分子中氢键的强度进行研究，测量结果与理论计算精确吻合。
生物学研究：AFM原子力显微镜在生物学领域也有广泛的应用。生物学家们利用原子力显微镜直接观察到了许多膜蛋白在生理状态下的聚集状态、细胞的行走、病毒的形貌以及DNA的双螺旋结构，这些都是生命世界的基本内容。
铁电材料研究：研究人员使用原子力显微镜对铁电材料的电学特性和机电耦合特性进行了表征，发现这一体系可以创造出稳定的导电畴壁，且其导电性可以变化约1000倍。这对于实现超低功耗的非易失存储器具有重要意义。
纳米设备表征：清华大学的科研人员利用AFM原子力显微镜在纳米量级对一种原型设备进行了表征，发现该设备具有很强的热稳定性，且其存储密度高达约60GB/in²。这一研究结果表明了一种制造更耐用的柔性铁电存储设备的新方法，同时也展示了通过自组装技术来制备功能纳米材料的有利前景。
总的来说，原子力显微镜的高分辨率成像能力使其在许多领域都有实用的应用，从化学分子间作用的研究到生物学研究，再到铁电材料和纳米设备的表征，都可以看到AFM原子力显微镜的广泛应用。