原子力顯微鏡在生物大分子結構研究中具有明顯優勢，主要表現在:對樣品無需用重金屬包裹或者制作金屬復制物，可以在空氣或者各種溶劑體系中直接觀測，能夠在接近生理環境的條件下直接進行研究，這是其它化學和物理分析方法所無法比擬的;通過控制成像操作力的大小，采用合適的成像模式不會引起樣品分子的漂移和損壞，圖像的可重復性大大提高;現場操作性好，能夠研究監測整個生化反應的動力學過程;載體的選擇則更加簡單，范圍也更大。這些優點已使AFM原子力顯微鏡成為這個領域的重要工具，并且具有很大的發展前景。

1、脫氧核糖核酸

自從Lindsay等頭次用原子力顯微鏡獲得脫氧核糖核酸的圖像以來，AFM原子力顯微鏡已經成為研究核酸分子結構的重要工具。1992年，Bustamante等用原子力顯微鏡在室溫和干燥空氣條件下得到可重復的質粒DNA的圖像，圖像重復性良好并且分辨率達到分子級水平，可以清晰地觀測到三維環狀DNA分子的結構，并可估算分子的寬度和高度。另外，Hansma等在丙醇體系中用輕敲式研究小片斷DNA和雙鏈DNA的分子結構，得到分辨率2nm的高清晰度圖像。以上兩點是AFM原子力顯微鏡研究生物大分子的兩個重大突破。

2、蛋白質

原子力顯微鏡在膜蛋白、游離的蛋白質分子及結晶的蛋白質等3個方面都有重要應用。例如，可以用AFM原子力顯微鏡研究蛋白質結晶的動態過程，Z大的優點是蛋白質晶體在母液中的生長過程，可以在幾乎不受外界干擾下用圖像的方式記錄下來，用于研究大分子晶體生長的機制及一些相關現象。

3、多糖

由于多糖分子往往帶有支鏈，分子的均一性及線性不如DNA和蛋白質好，相對而言得到的圖像的分辨率差一些，但是近年來這方面的發展很快，取得了很多進展。具體表現為:用原子力顯微鏡觀測多糖分子的**結構;用AFM原子力顯微鏡觀測二維多糖網絡結構，并研究了多糖濃度及幾種離子在不同濃度下對凝膠網絡形成的影響;用原子力顯微鏡直接觀察以纖維素微纖維素為主體的植物細胞壁。

近來Kuznetso等用AFM原子力顯微鏡與計算機模擬技術相結合的方法來研究蛋白質晶體的空間結構，這為研究DNA等生物大分子的空間三維結構提供了重要啟示。盡管原子力顯微鏡的分辨率受到探針曲率半徑的制約，但由于其良好的性能，無疑將會在生物大分子結構研究中發揮重要作用。