生物原子力顯微鏡利用探針與樣品表面原子之間的微弱作用力作為反饋信號，保持探針與樣品之間的恒定作用力。同時，掃描樣品表面，以了解樣品表面的波動。用原子力顯微鏡對材料表面形貌進行成像時，微懸臂梁探針與樣品之間的力的變化可以反映樣品表面的三維形貌。由于樣品表面的波動，可以準確地獲得數值。通過原子力顯微鏡分析材料表面的整體圖像，可以獲得樣品表面的粗糙度、粒度、平均梯度、孔結構和孔徑分布。
1、力檢測系統
原子力顯微鏡使用微小懸臂來檢測原子之間力的變化量。微懸臂通常由一個100到500μm長和大約500nm到5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微懸臂頂端有一個尖銳針尖，用來檢測樣品－針尖間的相互作用力。
2、位置檢測系統
當原子力顯微鏡的微懸臂與樣品之間有了交互作用之后，會使得懸臂擺動。當激光照射在微懸臂的末端時，其反射光的位置也會隨著懸臂擺動而有所改變，造成偏移量的產生。在整個系統中是依靠激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下并轉換成電信號，控制器再將電信號轉化為圖像反映到顯示屏上。
3、反饋系統
當信號經由激光檢測器取入之后，在反饋系統中會將此信號當作反饋信號，作為內部的調整信號同時對整個顯微鏡系統進行調整，進而驅使通常由壓電陶瓷管制作的掃描器做適當的移動，以保持樣品與針尖保持一定的作用力，并防止微懸臂過度撞擊樣品從而導致微懸臂和樣品的損壞。
