原子力显微镜是利用原子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的。AFM的关键组成部分是一个头上带有探针的微悬臂。微悬臂大小在数十至数百mm，通常由硅或者氮化硅构成.探针针尖长度约几mm,的曲率半径则在0.1nm量级。当探针接近样品表面时，针尖和表面的作用力使微悬臂弯曲偏移。这种偏移由射在微悬臂上的激光束反射至光电探测器而测量到。
当承载样品的压电扫描器在针尖下方运动时，微悬臂将随样品表面的起伏而受到不同的作用力,继而发生不同程度的弯曲.因此，反射到光电探测器中光敏二极管阵列的光束也将发生偏移.光电探测器通过检测光斑位置的变化，就可以获得微悬臂的偏转状态，反馈电路可把探测到的微悬臂偏移量信号转换成图像信号，通过计算机输出到屏幕上,同时根据微悬臂的偏移量控制压电扫描器的运动。
