Принцип дії атомного силового мікроскопа (АСМ) заснований на використанні сил атомних зв'язків, що діють між атомами речовини. На малих відстанях між двома атомами діють сили відштовхування, але в великих – сили тяжіння. Абсолютно аналогічні сили діють і між будь-якими тілами, що зближуються.
Принцип роботи атомно-силового мікроскопа заснований на реєстрації силової взаємодії між поверхнею досліджуваного зразка та зондом. Як зонд використовується нанорозмірне вістря, що розташовується на кінці пружної консолі, яка називається кантилевером.
Ця обставина відкриває можливість вивчення біомакромолекул та живих клітин. В принципі, АСМ здатний дати вищу роздільну здатність, ніж РЕМ. Так було показано, що АСМ може забезпечити реальне атомне дозвіл за умов надвисокого вакууму.
АСМ використовують для визначення рельєфу поверхні з роздільною здатністю від десятків ангстрем аж до атомарного (і навіть субатомарного). Атомно–силові мікроскопи (АСМ) використовуються для дослідження наступних матеріалів: твердотільні, полімерні, біологічні, вимірювання рідини, нанолітографія.