原子力显微镜的成像原理，AFM的微悬臂绵薄而修长，当对样品表面进行扫描时，针尖和样品之间力的作用会使微悬臂发生弹性形变，在针尖碰到样品表面时，很容易弹起与起伏，它非常的灵敏，极小的力的作用也会引起反应，也就是说如果检测到这种形变，就能够知道针尖与样品间之间的相互作用力，进而得到样品的形貌。 

微悬臂形变的检测方法一般有电容、隧道电流、外差、自差、激光二极管反馈、偏振、偏转方法。偏转方法是采用最多的方法，也是原子力显微镜批量生产所采用的方法。

AFM主要有接触模式，非接触模式以及轻敲模式3种工作模式。

接触模式是其最直接的一种成像模式，探针的针尖一直与样品接触，并且在样品表面进行简单地移动，它们的相互作用力是两者接触时原子之间的排斥力，其大小范围大概为10-8～10-11N。

非接触模式在探测样品表面时，控制着探针和样品表面一直不接触，让探针始终保持在样品上方大概5～20nm 的距离内进行扫描。因为探针和样品一直不接触，因此也避免了接触模式中有可能破坏样品表面结构以及污染针尖的问题，其灵敏度也较高于接触模式，但是分辨率相对接触式会低些，而且非接触模式不适合在液体中成像。

轻敲模式是介于接触模式和非接触模式之间的一个杂化的概念，它是新发展起来的一种成像技术，跟非接触模式类似些，但微悬臂的共振频率的振幅大于非接触模式的，一般是在0.01～1nm，它的分辨率几乎与接触模式的一样好，而且对样品的破坏几乎是完全消失，克服了以往常规模式的局限。