AFM是利用樣品表面與探針之間力的相互作用這一物理現象，因此不受STM等要求樣品表面能夠導電的限制，可對導體進行探測，對于不具有導電性的組織、生物材料和有機材料等絕緣體，AFM同樣可得到高分辨率的表面形貌圖像，從而使它更具有適應性，更具有廣闊的應用空間。

通過檢測探針與樣品間的作用力可表征樣品表面的三維形貌，這是AFM最基本的功能。AFM在水平方向具有0.1-0.2nm的高分辨率，在垂直方向的分辨率約為0.01nm。盡管AFM和掃描電子顯微鏡（SEM）的橫向分辨率是相似的，但AFM和SEM兩種技術的最基本的區別在于處理試樣深度變化時有不同的表征。由于表面的高低起伏狀態能夠準確地以數值的形式獲取，AFM對表面整體圖像進行分析可得到樣品表面的粗糙度、顆粒度、平均梯度、孔結構和孔徑分布等參數，也可對樣品的形貌進行豐富的三維模擬顯示，使圖像更適合于人的直觀視覺。

在半導體加工過程中通常需要測量高縱比結構，像溝槽和孔洞，以確定刻蝕的深度和寬度。這些在SEM下只有將樣品沿截面切開才能測量。AFM可以無損的進行測量后即返回生產線。下圖`為飛時曼原子力顯微鏡測樣光柵的AFM圖像，掃描范圍為50×50μm。

在材料科學中，無論無機材料或有機材料，在研究中都有要研究文獻，材料是晶態還是非晶態。分子或原子的存在狀態中間化物及各種相的變化，以便找出結構與性質之間的規律。在這些研究中AFM可以使研究者，從分子或原子水平直接觀察晶體或非晶體的形貌、缺陷、空位能、聚集能及各種力的相互作用。這些對掌握結構與性能之間的關系有非常重要的作用。當今納米材料是材料領域關注的課題，而AFM對納米材料微觀的研究中，也是分析測視工具。納米材料科學的發展和納米制備技術的進步，將需要更新的測試技術和表征手段，以評價納米粒子的粒徑、形貌、分散和團聚狀況。原子力顯微鏡的橫向分辨率為0.1～0.2nm，縱向為0.01nm，能夠有效的表征納米材料。納米科學和技術是在納米尺度上（0.1～100nm）研究物質（包括原子、分子）的特性和相互作用，并且利用這些特性的一個新興科學。其最終目標是直接以物質在納米尺度上表現出來的特性，制造具有特定功能的產品，實現生產力方式的飛躍。納米科學包括納米電子學、納米機械學、納米材料學、納米生物學、納米光學、納米化學等多個研究領域。納米科學的不斷成長和發展是與以掃描探針顯微術（SPM）為代表的多種納米尺度的研究手段的產生和發展密不可分的?？梢哉f，SPM的相繼問世對納米科技的誕生與發展起了根本性的推動作用，而納米科技的發展又為SPM的應用提供了廣闊的天地。SPM是一個包括掃描隧道顯微術（STM）、原子力顯微術（AFM）等在內的多種顯微技術的大家族。SPM不僅能夠以納米級甚至是原子級空間分辨率在真空、大氣或液體中來觀測物質表面原子或分子的幾何分布和態密度分布，確定物體局域光、電、磁、熱和機械特性，而且具有廣泛的應用性，如刻劃納米級微細線條、甚至實現原子和分子的操縱。這一集觀察、分析及操作原子分子等功能于一體的技術已成為納米科學研究中的主要工具。

在粉體材料的研究中，粉體材料大量的存在于自然界和工業生產中，但目前對粉體材料的檢測方法比較少，制樣也比較困難。AFM提供了一種新的檢測手段。它的制樣簡單，容易操作。以微波加熱法合成的低水合硼酸鋅粉體為例。我們可以將其在酒精溶液中用超聲波進行分散，然后置于新鮮的云母片上進行測試。下圖為飛時曼原子力顯微鏡測樣粉末樣品圖。