測量顯微鏡，采用透、反射的方式對工件長度和角度作精密測量。特別適用于錄象磁頭、大規模集成電路線寬以及其它精密零件的測試。測量顯微鏡廣泛地適用于計量室、生產作業線及科學研究等部門。工作臺除作X、Y坐標的移動外，還可以作360度的旋轉，亦可以進行高度方向做Z坐標的測量；采用雙筒目鏡觀察。照明系統除作透、反射照明外還可以作斜光線照明。儀器進一步可連接CCD電視攝像頭，作工件的輪廓放大；亦可連接計算機進行數據處理等測量。
與STM類似，在AFM中，使用對微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對樣品表面作光柵式掃描。當針尖和樣品表面的距離非常接近時，針尖的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力（10-12~10-6N），此時，微懸臂就會發生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變之間遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k為微懸臂的力常數。所以，只要測出微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。
針尖與樣品之間的作用力與距離有強烈的依賴關系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定，即保持為懸臂的形變量不變，針尖就會隨樣品表面的起伏上下移動，記錄針尖上下運動的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱為“恒力”模式（Constant Force Mode），是使用泛的掃描方式。
AFM的圖像也可以使用“恒高”模式（Constant Height Mode）來獲得，也就是在X，Y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與樣品之間的距離恒定，通過測量微懸臂Z方向的形變量來成像。這種方式不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時用得比較多，而對于表面起伏比較大的樣品不適用。
