原子力显微镜是一种分析仪器，可以用来研究固体材料的表面结构，包括绝缘体。它通过检测待测样品表面与微力传感元件之间极弱的原子相互作用来研究材料的表面结构和性能。当对弱力极为敏感的微悬臂一端固定，另一端的靠近样品时，会与样品发生相互作用，力的作用会使微悬臂发生变形或改变其运动状态。在对样品进行扫描时，可以利用传感器检测这些变化来获得力的分布信息，从而获得纳米级分辨率的表面形态结构信息和表面粗糙度信息。
原子力显微镜主要由带的微型悬臂、微型悬臂运动检测装置、监测其运动的反馈回路、扫描样品的压电陶瓷扫描装置、计算机控制的图像采集、显示和处理系统组成。微悬臂运动可以用电学方法如隧道电流检测或光学方法如光束偏转和干扰来检测。当与样品之间存在短程斥力时，通过检测斥力可以得到表面原子分辨率图像。一般来说，分辨率也是在纳米级。AFM测量对样品没有特殊要求，可以测量固体表面、吸附系统等。
与SEM相比，AFM有很多优势。与电子显微镜只能提供二维图像不同，AFM能提供真实的三维表面图像。同时，AFM不需要对样品进行任何特殊处理，如镀铜、镀碳等，这些都会对样品造成不可逆的损害。第三，电子显微镜需要在高真空环境下工作，而原子力显微镜在常压甚至液体环境下也能很好地工作。这样一来，它就可以用来研究生物大分子，甚至是活的生物组织。
