در میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مبنای تشکیل تصویر، نیروی بین سوزن و سطح نمونه است. این نوع میکروسکوپ دارای دو مد تماسی و غیرتماسی است. در این میکروسکوپ، سطح نمونه با سوزنی تیز به طول ۲ میکرومتر و قطر کمتر از ۱۰۰ آنگستروم روبش میشود. سوزن در انتهای یک تیرک (cantilever) به طول ۱۰۰ تا ۲۰۰ میکرومتر قرار گرفته است. تیرک را معمولاً از موادی میسازند که قابلیت ارتجاع بالایی داشته باشد. سر دیگر تیرک به بازوی پیزوالکتریک متصل میشود؛ ماژولی که وظیفه دارد طبق سیگنالهای الکتریکی دریافتی از مدار کنترلی موقعیت پروب را در محور Z تنظیم کند. وقتی سوزن روی سطح نمونه کشیده میشود بهدلیل پستی بلندیهای سطح، نیرویی از طرف سطح به سوزن اعمال و موجب خمش و یا انحراف تیرک میشود. این انحرافات نسبت مستقیم با نیروی وارد شده به سوزن دارد. آشکارساز در این میکروسکوپ (معمولاً آرایهای از دیودهای حساس به نور)، حرکات کانتیلور را ثبت میکند و به کمک یک ماژول کامپیوتری با ارسال دستورات اصلاحی به بازوهای پیزوالکتریک متصل به پروب، موقعیت پروب نسبت به سطح اصلاح میشود. با تفسیر این سیگنالها تصویری از پستی بلندیهای سطحی ساخته میشود.
