它通過檢測待測樣品表面與壹個微力敏感元件之間極其微弱的原子間相互作用來研究物質的表面結構和性質。
對微弱力極其敏感的壹對微懸臂梁壹端固定，另壹端的微小針尖靠近樣品。此時會與它們相互作用，力會使微懸臂梁變形或改變其運動狀態。
在掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化可以獲得力的分布信息，從而獲得納米分辨率的表面形貌結構信息和表面粗糙度信息。
它主要由帶針尖的微懸臂梁、微懸臂梁運動檢測裝置、監測其運動的反饋回路、掃描樣品的壓電陶瓷掃描裝置以及計算機控制的圖像采集、顯示和處理系統組成。
微懸臂梁的運動可以通過電學方法如隧道電流檢測或光學方法如光束偏轉法和幹涉法來檢測。當針尖與樣品足夠接近，並且存在短程斥力時，通過檢測斥力可以獲得表面原子分辨率圖像，分辨率壹般在納米級別。
AFM測量對樣品沒有特殊要求，可以測量固體表面、吸附體系等。
操作原理
微懸臂梁是用來感受和放大懸臂梁上細長探針與待測樣品原子之間的作用力，從而達到檢測的目的，具有原子分辨率。
由於原子力顯微鏡既可以觀察導體，也可以觀察非導體，彌補了掃描隧道顯微鏡的不足。
原子力顯微鏡(AFM)是由IBM蘇黎士研究中心的格德·寧濱於1985年發明的。其目的是使非導體采用類似掃描探針顯微鏡(SPM)的觀察方法。
原子力顯微鏡(AFM)與掃描隧道顯微鏡(STM)最大的區別在於，它不是利用電子隧道效應，而是通過檢測原子間的接觸、原子間的成鍵、範德華力或卡西米爾效應來呈現樣品的表面特征。