Umożliwiłoby to obserwowanie powierzchni izolatorów, co było niedostępne dla mikroskopów STM. thumb|Schemat mikroskopu sił atomowych (AFM) z optyczną detekcją ugięcia mikrobelki thumb|Strefy potencjału Lennarda-Jonesa wykorzystywanego przez podstawowe tryby pracy AFM-u
Występowanie sił magnetycznych, elektrostatycznych i oddziaływań międzyatomowych pomiędzy atomami ostrza i badanej powierzchni umożliwia wykorzystanie detekcji ruchów ostrza sunącego po powierzchni próbki do obrazowania tej powierzchni. Ostrze jest wytworzone na sprężystej mikrodźwigni (mikrobelce), której odchylenie umożliwia wyznaczenie siły oddziaływania międzyatomowego pomiędzy atomami ostrza i badanej powierzchni. Mapa sił dla każdego punktu powierzchni próbki jest przetwarzana komputerowo na obraz. Pomiar ugięcia dźwigni jest najczęściej dokonywany metodami optycznymi. Czułość odczytu ugięcia dźwigni sięga dziesiątych części angstrema. Jeśli chce się do obrazowania wykorzystać siły magnetyczne, to ostrze pokrywa się materiałem magnetycznym. Na czubek ostrza składa się od kilku do kilkuset atomów. Mikrosondy stosowane w AFM produkuje się zazwyczaj z krzemu i azotku krzemuCheryl R.