原子力顯微鏡利用原子/分子間的相互作用力來獲得樣品表面微觀形貌和力的信息。與電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡有很多方面的優勢：如樣品準備簡單，樣品導電與否都能適合該儀器;操作環境不受限制，即可以在真空，也可以在大氣中進行；并且可以對所測區域的面粗糙度值進行統計等等。
原子力顯微鏡有三種基本操作模式，可區分為接觸式、非接觸式及輕敲式三大類。
1、接觸式：利用探針的針尖與待測物表面之原子力交互作用(一定要接觸)，使非常軟的探針臂產生偏折，此時用特殊微小的雷射光照射探針臂背面，被探針臂反射的雷射光以二相的photo diode(雷射光相位偵檢器)來記錄雷射光被探針臂偏移的變化，探針與樣品間產生原子間的排斥力約為10-6 至10-9 牛頓。
2、非接觸式(Non-contact mode)：為了解決接觸式AFM 可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式AFM 被發展出來，這是利用原子間的長距離吸引力─范德華力來運作。Non-contact mode 的探針必需不與待測物表面接觸，利用微弱的范德華力對探針的振幅改變來回饋。探針與樣品的距離及探針振幅需遵守范德華力原理，因此造成探針與樣品的距離不能太遠，探針振幅不能太大(約2 至5nm)，掃描速度不能太快等限制。樣品置放于大氣環境下，濕度超過30%時，會有一層5 至10nm 厚的水分子膜覆蓋于樣品表面上，造成不易回饋或回饋錯誤。
3、輕敲式AFM(Tapping mode)：將非接觸式AFM 加以改良，拉近探針與試片的距離，增加探針振幅功能(10～300KHz)，其作用力約為10-12 牛頓，Tapping mode 的探針有共振振動，探針振幅可調整而與材料表面有間歇性輕微跳動接觸，探針在振蕩至波谷時接觸樣品，由于樣品的表面高低起伏，使得振幅改變，再利用回饋控制方式，便能取得高度影像。
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