Postoji nekoliko vrsta skenirajućih mikroskopa uključujući skenirajući elektronski mikroskop, skenirajući tunelski mikroskop i mikroskop atomske sile. Obično se mikroskopi za skeniranje sastoje od sonde ili snopa elektrona koji skenira površinu uzorka. Interakcija između skenirajućeg mikroskopa i uzorka proizvodi mjerljive podatke, kao što su promjena struje, otklon sonde ili proizvodnja sekundarnih elektrona. Ovi se podaci koriste za stvaranje slike površine uzorka na atomskoj razini.
Skenirajući elektronski mikroskop jedan je od nekoliko tipova skenirajućih mikroskopa koji se koriste za snimanje uzorka. Mikroskop detektira signale koji proizlaze iz interakcije njegove elektronske zrake s atomima na površini uzorka. Obično se proizvodi nekoliko vrsta signala uključujući svjetlost, rendgenske zrake i elektrone.
Postoji nekoliko vrsta elektrona koji se mogu mjeriti ovim mikroskopom, uključujući transmitirane elektrone, povratno raspršene elektrone i sekundarne elektrone. Skenirajući elektronski mikroskopi obično imaju detektor za sekundarne elektrone, koji su pomaknuti elektroni proizvedeni iz primarnog izvora zračenja, odnosno elektronske zrake. Sekundarni elektroni daju informaciju o fizičkoj strukturi površine na atomskoj razini. Općenito, mikroskop snima područje od 1-5 nanometara.
Skenirajući mikroskopi koji koriste sondu, kao što je skenirajući tunelski mikroskop, proizvode slike veće rezolucije od skenirajućeg elektronskog mikroskopa. Skenirajući tunelski mikroskop ima vodljivi vrh koji je postavljen vrlo blizu uzorka. Razlika napona između vodljivog vrha i uzorka uzrokuje tuneliranje elektrona od uzorka do vrha.
Kako se elektroni križaju, stvara se i mjeri tunelska struja. Kako se vodljivi vrh pomiče, struja se mijenja, odražavajući razlike u visini ili gustoći na površini uzorka. Ovim se podacima konstruira slika površine na atomskoj razini.
Mikroskop atomske sile je još jedan skenirajući mikroskop koji ima sondu. Sastoji se od konzole i oštrog vrha koji se nalazi blizu površine uzorka. Kako se vrh približava uzorku, sile između vrha i uzorka uzrokuju otklon konzole. Obično sile uključuju mehaničku kontaktnu silu, van der Waalsovu silu i elektrostatičku silu.
Tipično, otklon konzole se mjeri pomoću lasera koji je fokusiran na gornju površinu konzole. Otklon otkriva fizički oblik površine u određenoj točki. I uzorak i sonda se pomiču kako bi skenirali cijelu površinu. Slika se konstruira iz podataka dobivenih laserom.