原子力顯微鏡的探針與樣品表面原子之間存在多種力，包括范德瓦耳斯力、排斥力、靜電力、變形力、磁力、化學力等。使用原子力顯微鏡時，會消除范德瓦耳斯力和排斥力以外的力的影響。此外，除上述兩種力外，其他力本身相對較小。因此，原子力顯微鏡檢測到的原子力主要由范德瓦爾斯力和排斥力組成。其中，范德瓦爾斯力是吸引力，排斥力的本質是原子電子云之間的相互作用，其本質是量子效應。
 

　　原子力顯微鏡的分辨能力主要取決于探針針尖的尺寸；微懸臂的彈性系數越低，原子力顯微鏡越敏感；懸臂長度與激光長度之比；探測器PSD對光斑位置的敏感性。對于一定分辨率的圖像，掃描范圍越小，表面形狀越精細。
 

　　原子力顯微鏡的懸臂大小在數十至數百微米，通常由硅或者氮化硅構成，其上裝有探針，探針尖部的曲率半徑在納米量級。當探針被放置到樣品表面附近時，懸臂上的探針頭會因受到樣品表面的范德瓦耳斯力而彎曲偏移。偏移由射在微懸臂上的激光束反射至光敏二極管陣列而測量到，較薄的懸臂表面常鍍有反光材質以增強反射。其他方法還包括光學干涉法、電容法和壓電效應法。這些探頭通常采用壓電效應的變形測量器制成。通過惠斯登電橋，探頭的形變可以被測得，不過這種方法沒有激光反射法或干涉法靈敏。