Використовують три режими роботи атомно-силового мікроскопа: (1) контактний (англ. contact mode), (1) “напівконтактний” (англ. semi-contact mode або tapping mode), (1) безконтактний (англ. tapping mode), (1) безконтактний (англ. tapping mode).
АСМ використовують для визначення рельєфу поверхні з роздільною здатністю від десятків ангстрем аж до атомарної (і навіть субатомарної). Атомно-силові мікроскопи (АСМ) використовують для дослідження таких матеріалів: твердотільні, полімерні, біологічні, вимірювання в рідині, нанолітографія.
1982 р. Атомно-силовий мікроскоп був створений 1982 року Гердом Біннігом, Кельвіном Квейтом і Крістофером Гербером у Цюріху (Швейцарія), як модифікація винайденого раніше скануючого тунельного мікроскопа.
Звичайний оптичний мікроскоп (аматорський або лабораторний) атом показати не може. Пов’язано це з фізикою. Розмір атома набагато менший за довжину видимого світла, що не дає змоги спостерігати його за допомогою світлових мікроскопів .