原子力显微镜探针是在STM的基础上发展起来的。它用于通过测量样品表面上的分子(原子)与AFM微悬臂探针之间的相互作用来观察样品表面的形态。AFM和STM的主要区别是用一端固定并安装在另一端弹性微悬臂梁上的尖锐端代替隧道探针，并检测微悬臂梁受力引起的小变形，而不是检测小的隧道电流。它的工作原理是：固定一个对很弱的力很为敏感的微悬臂的一端，另一端有一个微小的针尖。针尖轻轻接触样品表面。由于针尖处的原子和样品表面上的原子之间存在非常弱的排斥力，通过在扫描期间控制力恒定，带有针尖的微悬臂梁将在垂直于样品表面的方向上波动并移动，对应于原子之间的力的等势面。通过使用光学检测方法或隧道电流检测方法，可以测量与扫描点相对应的位置变化，并且可以放大和转换信号以获得样品表面的原子级三维形貌图像。AFM主要由压电扫描器、反馈电子电路、光学反射系统、探针、防震系统和执行光栅扫描和z定位的计算机控制系统组成。压电陶瓷管(PZT)控制样品在x、y和z方向上的移动。当沿着相对于针尖的xy方向扫描样品时，针尖和样品之间的距离由于表面的波动而改变。当激光束照到微悬臂梁的背面，然后反射位置敏感光电探测器时，探测器在不同象限中接收到的激光强度的差异与微悬臂梁形状形成一定的比例关系。根据探测器信号与预设值之间的差异，反馈回路不断调整端与样本之间的距离，并保持端与样本间的力不变，从而获得表面形貌图像。这种测量模式称为恒力模式。当已知样品表面非常光滑时，可以使用恒定高度模式进行扫描，即针尖和样品之间的距离保持恒定。此时，样品之间的力直接反映表面形态图像。
样品预处理：在显微镜下检查样品表面是否清洁平整。如果有污染或不均匀，请确保再次准备样品。尽管针尖的有效高度可以测试为6微米，但水平范围为100微米。但事实上，如果水平和高度接近任何极限，测量的图像效果将非常差，并且针尖很容易损坏和磨损。
针设置：在选择针设置模式之前，确保找到样本表面并调整焦点。扫描范围设置为0.当针尖接触样品表面时，扫描范围扩大，以保护针尖免受损坏。
扫描：为了获得良好的图像，需要调整跟踪和回扫。一般来说，电压调整的效果会更好。探头使用多次或样品表面粗糙，且扫描范围太小后，将难以重叠迹线和回扫。您可以在重新测试之前增加扫描范围或干燥样品。测试期间保持安静。空调等低频噪声也会影响测试;如果环境过于嘈杂，可以降低图像分辨率、减少外部影响或降低扫描频率。