原子力顯微鏡是通過探針與被測樣品之間微弱的相互作用力來獲得物質表面形貌的信息，因此，原子力顯微鏡除導電樣品外，還能夠觀測非導電樣品的表面結構，其應用領域更為廣闊，除物理、化學、生物等領域外，原子力顯微鏡在微電子學、微機械學、新型材料、醫學等領域都有著廣泛的應用。
對比于現有的其它顯微工具，原子力顯微鏡以其高的空間分辨率、廣泛的試驗對象、制樣方法的簡易性及試驗環境的多樣性等特點而備受青睞。其在材料科學、生命科學等領域的研究上發揮著重大作用。
1、高的空間分辨率
原子力顯微鏡的放大倍數遠遠超過以往的任何顯微鏡：光學顯微鏡的放大倍數一般都超不過1000倍;電子顯微鏡的放大極限為10^6倍;而原子力顯微鏡的放大倍數能高達10^10倍，比電子顯微鏡放大能力高10^4倍。高的分辨率使原子力顯微鏡可直接觀察物質的分子和原子，這就為人類對微觀世界的進一步探索提供了理想的工具。
2、廣泛的試驗對象
原子力顯微鏡可對導體、半導體和絕緣體材料進行研究，如金屬、陶瓷、半導體材料;原子力顯微鏡能對物理材料、化學材料進行測量，如礦物、紙張、涂料、無機物、有機高分子等;原子力顯微鏡能對生物樣品進行測量，如植物、動物、細菌的組織、細胞、細胞器、生物大分子等;可也對表面軟硬不同的樣品進行測量，如金剛石、牙齒骨骼、皮膚組織、凝膠、腫瘤細胞等;亦可對不同狀態的物質進行測量，如薄膜、顆粒物質、液晶態物。但掃描隧道顯微鏡只能對表面導電的物質進行表征，電子顯微鏡也要求對樣品進行復雜的前處理。
3、簡單易行的制樣過程
在生命科學研究領域，各種顯微鏡對其觀察的樣本有不同的要求：電子顯微鏡的樣品必須進行固定、脫水、包埋、切片、染色等一系列處理，因此電子顯微鏡只能觀察死的細胞或組織的微觀結構;激光掃描共聚焦顯微鏡的樣品必須經過特殊的熒光染色，所以其應用受限于熒光探針技術的發展。
