Hooke's law
AFM的关键组成部分是一个头上带有一个用来扫描样品表面的尖细探针的微观悬臂。这种悬臂大小在數十至數百微米，通常由硅或者氮化硅构成，其上載有探針，探針之尖端的曲率半徑則在纳米量级。当探針被放置到样品表面附近的地方时，悬臂上的探針头会因为受到樣品表面的力而遵从胡克定律弯曲偏移。在不同的情况下，这种被AFM测量到的力可能是机械接触力、范德华力、毛吸力、化学键、取向力、靜電力、磁力（见磁力显微镜）卡西米尔效应力、溶剂力等等。通常，偏移会由射在微悬臂上的激光束反射至光敏二极管阵列而测量到，較薄之懸臂表面常鍍上反光材質（