Atomu spēka mikroskops (AFM) ir ārkārtīgi precīzs mikroskops, kas attēlo paraugu, ātri pārvietojot zondi ar nanometra izmēra galu pa tā virsmu. Tas ir diezgan atšķirīgs no optiskā mikroskopa, kas parauga attēlošanai izmanto atstarotu gaismu. AFM zonde piedāvā daudz augstāku izšķirtspējas pakāpi nekā optiskais mikroskops, jo zondes izmērs ir daudz mazāks nekā vissmalkākais redzamās gaismas viļņa garums. Īpaši augstā vakuumā atomu spēka mikroskops var attēlot atsevišķus atomus. Tā ārkārtīgi augstās izšķirtspējas iespējas ir padarījušas AFM populāru pētnieku vidū, kas strādā nanotehnoloģiju jomā.
Atšķirībā no skenējošā tunelēšanas mikroskopa (STM), kas attēlo virsmu netieši, mērot kvantu tunelēšanas pakāpi starp zondi un paraugu, atomu spēka mikroskopā zonde vai nu tieši saskaras ar virsmu, vai arī mēra sākušos ķīmisko saiti starp zondi un paraugu. .
AFM izmanto mikromēroga konsoli ar zondes galu, kura izmērs tiek mērīts nanometros. AFM darbojas vienā no diviem režīmiem: kontakta (statiskā) režīmā un dinamiskajā (oscilējošajā) režīmā. Statiskajā režīmā zonde tiek turēta nekustīgi, savukārt dinamiskajā režīmā tā svārstās. Kad AFM tiek pietuvināts virsmai vai saskaras ar to, konsole novirzās. Parasti konsoles augšpusē ir spogulis, kas atspoguļo lāzeru. Lāzers atstarojas uz fotodiodes, kas precīzi mēra tā novirzi. Kad mainās AFM uzgaļa svārstības vai pozīcija, tas tiek reģistrēts fotodiodē un tiek izveidots attēls. Dažreiz tiek izmantotas eksotiskākas alternatīvas, piemēram, optiskā interferometrija, kapacitatīvā sensora vai pjezorezistīvie (elektromehāniskie) zondes uzgaļi.
Zem atomu spēka mikroskopa atsevišķi atomi izskatās kā izplūduši lāsumi matricā. Lai nodrošinātu šādu izšķirtspējas pakāpi, ir nepieciešama īpaši augsta vakuuma vide un ļoti stingra konsole, kas neļauj tai pielipt pie virsmas no tuva attāluma. Stingras konsoles negatīvie aspekti ir tādi, ka ir nepieciešami precīzāki sensori, lai izmērītu novirzes pakāpi.
Skenējošiem tunelēšanas mikroskopiem, citai populārai augstas precizitātes mikroskopu klasei, parasti ir labāka izšķirtspēja nekā AFM, taču AFM priekšrocība ir tā, ka tos var izmantot šķidrā vai gāzes vidē, savukārt STM jādarbojas augstā vakuumā. Tas ļauj attēlot mitrus paraugus, īpaši bioloģiskos audus. Ja to izmanto īpaši augstā vakuumā un ar stingru konsoli, atomu spēka mikroskopam ir līdzīga izšķirtspēja kā STM.