原子力显微镜系统主要由以下几部分组成：(1)带针尖的力敏感元件;(2)力敏感元件运动检测装置;(3)监控力敏感元件运动的反馈回路;(4)扫描系统(一般使用压电陶瓷)，其作用是使样品进行扫描运动;(5)图象采集及显示;(6)图象处理系统。其中关键的是前两部分。 原子力显微镜的工作原理将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。使针尖在样品的表面上扫描，由于针尖原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力(10-8-10-6N)，原子间作用力的检测主要由光杠杆技术来实现。如果探针和样品间有力的作用，悬臂将会弯曲。为检测悬臂的微小弯曲量(位移)，采用激光照射悬臂的，四象限探测器就可检测出悬臂的偏转。如果控制这种力在扫描过程中保持恒定，则微悬臂将在垂直于样品表面的方向上起伏运动，利用隧道电流检测法或光学检测方法，测定微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。
根据原子力显微镜所测力的性质的不同，其工作模式及微悬臂运动的检测方法将有所不同。所谓工作模式，主要是指AFM工作时微悬臂运动所处的状态，主要可分为两种。一种为准静态工作模式，此时针尖与样品的相互作用力较强，微悬臂有较大形变，可用隧道电流法，电容及激光束偏转探测法等直接检测此形变。处于该模式，针尖与样品的间距小于0.03nm，基本上是紧密接触的(故又称接触模式)。由于此时二者电子云发生重叠，导致仪器的分辨率高，可达原子级水平。
