Mikroskop atomske sile (AFM) je izuzetno precizan mikroskop koji snima uzorak brzim pomicanjem sonde s vrhom veličine nanometra po njegovoj površini. Ovo je sasvim drugačije od optičkog mikroskopa koji koristi reflektiranu svjetlost za snimanje uzorka. AFM sonda nudi mnogo veći stupanj razlučivosti od optičkog mikroskopa jer je veličina sonde mnogo manja od najfinije valne duljine vidljive svjetlosti. U ultra visokom vakuumu, mikroskop atomske sile može snimiti pojedinačne atome. Njegove mogućnosti iznimno visoke rezolucije učinile su AFM popularnim među istraživačima koji rade u području nanotehnologije.
Za razliku od skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM), koji prikazuje površinu neizravno mjerenjem stupnja kvantnog tuneliranja između sonde i uzorka, u mikroskopu s atomskom silom sonda ili ostvaruje izravan kontakt s površinom ili mjeri početnu kemijsku vezu između sonde i uzorka .
AFM koristi konzolu mikroskale s vrhom sonde čija se veličina mjeri u nanometrima. AFM radi u jednom od dva načina: kontaktnom (statičkom) i dinamičkom (oscilirajućem) načinu. U statičkom načinu rada sonda miruje, dok u dinamičkom oscilira. Kada se AFM približi površini ili dodirne površinu, konzola se otkloni. Obično se na vrhu konzole nalazi ogledalo koje reflektira laser. Laser se reflektira na fotodiodu, koja precizno mjeri njezin otklon. Kada se promijeni oscilacija ili položaj AFM vrha, on se bilježi u fotodiodi i stvara se slika. Ponekad se koriste egzotičnije alternative, kao što su optička interferometrija, kapacitivni senzori ili piezorezistivni (elektromehanički) vrhovi sonde.
Pod mikroskopom atomske sile, pojedinačni atomi izgledaju kao nejasne mrlje u matrici. Za pružanje ovog stupnja razlučivosti potrebno je okruženje ultra visokog vakuuma i vrlo kruta konzola, koja sprječava da se zalijepi za površinu iz male udaljenosti. Nedostatak krute konzole je što zahtijeva preciznije senzore za mjerenje stupnja otklona.
Skenirajući tunelski mikroskopi, još jedna popularna klasa mikroskopa visoke preciznosti, obično imaju bolju razlučivost od AFM-a, ali prednost AFM-a je ta što se mogu koristiti u okruženju tekućine ili plina dok STM mora raditi u visokom vakuumu. To omogućuje snimanje vlažnih uzoraka, posebno biološkog tkiva. Kada se koristi u ultra visokom vakuumu i s krutom konzolom, mikroskop atomske sile ima sličnu rezoluciju kao STM.