生物原子力显微镜利用探针与样品表面原子之间的微弱作用力作为反馈信号，保持探针与样品之间的恒定作用力。同时，扫描样品表面，以了解样品表面的波动。用原子力显微镜对材料表面形貌进行成像时，微悬臂梁探针与样品之间的力的变化可以反映样品表面的三维形貌。由于样品表面的波动，可以准确地获得数值。通过原子力显微镜分析材料表面的整体图像，可以获得样品表面的粗糙度、粒度、平均梯度、孔结构和孔径分布。
1、力检测系统
原子力显微镜使用微小悬臂来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个100到500μm长和大约500nm到5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。
2、位置检测系统
当原子力显微镜的微悬臂与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂摆动。当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会随着悬臂摆动而有所改变，造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电信号，控制器再将电信号转化为图像反映到显示屏上。
3、反馈系统
当信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号同时对整个显微镜系统进行调整，进而驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力，并防止微悬臂过度撞击样品从而导致微悬臂和样品的损坏。
