原子力显微镜的设计理念是基于利用微小探针与样品表面原子之间的相互作用力来获取样品表面的信息。这种显微镜的设计是为了弥补STM（扫描隧道显微镜）的不足，使得能够测量任何样品（无论导电性与否）的表面。
AFM原子力显微镜使用一个对微弱力极敏感的微悬臂，其一端带有一个微小针尖。当针尖接近样品时，针尖与样品表面原子之间的相互作用力会使悬臂发生偏转或振幅改变。这种变化被检测系统检测后，会转变成电信号并传递给反馈系统和成像系统。通过记录扫描过程中一系列探针的变化，就可以获得样品表面的信息图像。
原子力显微镜的设计理念基于原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。当原子与原子很接近时，彼此电子云斥力的作用大于原子核与电子云之间的吸引力作用，所以整个合力表现为斥力的作用。反之，若两原子分开有一定距离时，其电子云斥力的作用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故整个合力表现为引力的作用。
AFM原子力显微镜的设计理念是通过探测这种原子间的相互作用力，来获取样品表面的形貌和性质信息。这种显微镜的设计使得科学家们能够在纳米尺度上观察和研究物质的表面结构和性质，对于材料科学、生物学、化学等领域的研究具有重要意义。