STM要求樣品的表面是導電的，而AFM可以測試絕緣體的表面形貌和性質。因為STM的基本原理是通過測量探針和樣品表面之間的隧穿電流來檢測表面形貌，而AFM是測量探針和樣品表面之間的相互作用力。AFM由四部分組成:機械運動部分、懸臂梁偏轉信號光學檢測系統、控制信號反饋系統、成像和信息處理軟件系統。探針和樣品之間的相互作用使得微懸臂向上或向下偏轉。用激光照射懸臂末端，反射光的位置變化用來測量懸臂的偏移量。這種檢測方法最早是由Meyer和Amer提出的。機械部分的運動(探頭的上下和橫向掃描運動)由精確的壓電陶瓷控制。PSD用於激光反射檢測。反饋和成像系統控制探針和樣品表面之間的距離，並最終處理實驗測試結果。
原子力顯微鏡的AFM工作模式
隨著AFM技術的發展，各種新的應用不斷湧現。具體來說，它包括以下技術:
(1)最早的接觸方式，探頭與樣品直接接觸，探頭容易磨損，所以要求探頭柔軟，即懸臂的彈性系數小，壹般小於1N/m。
(2)敲擊方式也稱為動力或間歇接觸。探針在外力作用下振動，探針的部分振動位置進入力曲線的排斥區，因此探針與樣品表面間歇接觸。探針需要高的懸臂彈性系數，以避免與樣品表面的微層水膜發生咬合。輕敲模式對樣品的作用力很小，特別有利於提高軟樣品的分辨率。同時，探頭的壽命比接觸式略長。
以上是最常用的AFM模式，還有很多其他模式，比如
側向力顯微鏡(橫向力顯微鏡，可以檢測樣品表面微區對探針的橫向摩擦力，獲得材料的力學性能)，
非接觸式力(非接觸式顯微鏡，基本和敲擊式壹樣，只是非接觸式探頭工作在力曲線的吸引區)，
力調制顯微鏡(力調制顯微鏡，探針有很大的力來檢測樣品表面的微區，可以得到材料微區的彈性系數等力學性質)，
CFM化學力顯微鏡
電子顯微鏡力顯微鏡
KFM·開爾文力顯微鏡
MFM磁力顯微鏡
掃描熱顯微鏡
單片機掃描電容顯微鏡
SCPM掃描化學勢顯微鏡
掃描電化學顯微鏡
SICM掃描離子電導顯微鏡
SKPM掃描開爾文探針顯微鏡
掃描熱顯微鏡
STOS掃描隧道光譜儀
各種模式和應用需要不同性質的探頭，探頭的性能指標是決定顯微鏡分辨率的最關鍵因素。