原子力顯微鏡提供原子或近原子解析度的表面形貌圖像，能夠定量樣品的表面粗糙度到＂Å＂等級。除了提供表面圖像之外，AFM也可以提供形態的定量測量，如高度差和其他尺寸。可提供三維表面形態影像，包括表面粗糙度、粒徑大小、高度差和間距，其他樣品特性的成像，包括磁場、電容、摩擦力和相位。
原子力顯微鏡的基本原理是將一個對微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過在掃描時控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對應于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運動。利用光學檢測法或隧道電流檢測法，可測得微懸臂對應于掃描各點的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。在系統檢測成像全過程中，探針和被測樣品間的距離始終保持在納米（10e-9米）量級，距離太大不能獲得樣品表面的信息，距離太小會損傷探針和被測樣品，反饋回路(Feedback)的作用就是在工作過程中，由探針得到探針-樣品相互作用的強度，來改變加在樣品掃描器垂直方向的電壓，從而使樣品伸縮，調節探針和被測樣品間的距離，反過來控制探針-樣品相互作用的強度，實現反饋控制。
原子力顯微鏡是以掃描隧道顯微鏡基本原理發展起來的掃描探針顯微鏡。原子力顯微鏡的出現無疑為納米科技的發展起到了推動作用。以原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡是利用一種小探針在樣品表面上掃描，從而提供高放大倍率觀察的一系列顯微鏡的總稱。
