原子力顯微鏡的探針一般由懸臂梁及針尖所組成，主要原理是由針尖與試片間的原子作用力，使懸臂梁產生微細位移，以測得表面結構形狀，其中*常用的距離控制方式為光束偏折技術。AFM原子力顯微鏡的主要結構可分為探針、偏移量偵測器、掃描儀、回饋電路及計算機控制系統五大部分。原子力顯微鏡探針長度只有幾微米長，探針放置于一彈性懸臂(cantilever)末端，探針一般由成份Si、SiO2、SiN4、納米碳管等所組成，當探針尖部和樣品表面非常接近時，二者之間會產生一股作用力，其作用力的大小值會隨著與樣品距離的不同而變化，進而影響到懸臂彎曲或偏斜的程度，以低功率雷射打在懸臂末端上，利用一組感光二極管偵測器(Photo detector) 測量低功率雷射光反射角度的變化，因此當探針掃描過樣品表面時，由于反射的雷射光角度的變化，感光二極管的二極管電流也會隨之不同，由測量電流的變化，可推算出這些懸臂被彎曲或歪斜的程度，由輸入計算機計算可產生樣品表面三維空間的一張影像。

納米碳管探針

由于探針針尖的尖銳程度決定影像的分辨率，愈細的針尖相對可得到更高的分辨率，因此具有納米尺寸碳管探針，是目前探針材料明日之星。納米碳管(carbon nanotube)是由許多五碳環及六碳環所構成的空心圓柱體，因為納米碳管具有優異的電性、彈性與軔度， 很適合作為原子力顯微鏡的探針針尖，因其末端的面積很小，直徑1～20nm，長度為數十納米。碳納米管因為具有很好的彈性彎曲及韌性，可以減少在樣品上的作用力，避免樣品的成像損傷，使用壽命長，可適用于比較脆弱的有機物和生物樣品。