از میکروسکوپ نیروی اتمی برای مطالعه انواع سطوح مواد شامل مواد رسانا، نیمه رسانا و نارسانا استفاده می شود. دستگاه AFM زیر مجموعه میکروسکوپ های SPM هستند که برای مشاهده و مطالعه جزییات سطحی تا قدرت تفکیک های نانومتری مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه، یک کاوشگر سطحی محبوب برای اندازه گیری های توپوگرافیک و محاسبه نیروهای عمودی در مقیاس میکرو تا نانو شناخته شده است. این میکروسکوپ قابلیت تصویربرداری از مواد و سلول های زنده را دارا می باشد. میکروسکوپ دارای دو مد تماسی و ضربه ای می باشد که علاوه بر تصویربرداری دو بعدی تصویر سه بعدی از سطح را نیز می دهد.
عملکرد این میکروسکوپ به این صورت است که سطح نمونه توسط یک سوزن تیز، به طول 2 میکرون و غالبا قطر نوک کمتر از 10 نانومتر آنالیز می شود. سوزن در انتهای آزاد یک کانتیلور به طول حدود 100 تا 450 میکرون قرار دارد. نیروهای بین سوزن و سطح نمونه باعث خم شدن یا انحراف کانتیلور شده و یک آشکارساز میزان انحراف کانتیلور را در حالیکه سوزن سطح نمونه را روبش می کند، اندازه گیری می کند. می توان از انحراف کانتیلور برای ورودی یک مدار بازخورد استفاده کرد که روبشگر پیزو را در مواجهه با توپوگرافی سطح نمونه به گونه ای در جهت بالا و پایین می برد که میزان انحراف کانتیلور ثابت بماند. اندازه گیری انحرافات کانتیلور به کامپیوتر امکان تولید تصویر توپوگرافی سطح را می دهد.
