2.1. Контактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

При роботі в контактному режимі атомно-силовий мікроскоп є аналогом профілометра. Вістря кантільовери знаходиться в безпосередньому контакті між зразком і поверхнею.  Сканування здійснюється, як правило, в режимі постійної сили, коли система зворотного зв'язку підтримує постійної величину вигину кантільовери. При дослідженні зразків перепадами висот порядку одиниць ангстрем можливо застосовувати режим сканування при постійному середній відстані між зондом і поверхнею зразка. У цьому випадку кантільовери рухається на деякій середній висоті над зразком. Вигин консолі ΔZ, пропорційний силі, що діє на зонд з боку поверхні записується для кожної точки. Зображення в такому режимі являє собою просторовий розподіл сили взаємодії зонда з поверхнею.  Переваги методу:

• Найбільша, порівняно з іншими методами, завадостійкість

Недоліки методу:

• Можливо механічне ушкодження як зонда, так і зразка

• Практично непридатний для вивчення об'єктів з малою механічної жорсткістю (органічні матеріали, біологічні об'єкти)

• Найменша латеральне дозвіл

2.2. Безконтактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

При роботі в безконтактному режимі пьезовібратором збуджуються коливання зонда на деякій частоті (найчастіше, резонансної). Сила, що діє з боку поверхні, призводить зрушенню амплітудно-частотної і фазово-частотної характеристик зонда, і амплітуда і фаза змінюють значення.  Система зворотного зв'язку, як правило, підтримує постійної амплітуду коливань зонда, а зміна частоти і фази в кожній точці записується. Однак можливе встановлення зворотного зв'язку шляхом підтримання постійної величини частоти або фази коливань.  Переваги методу:

• Можливість досягнення атомарного дозволу (в умовах вакууму)

• Забезпечує найкращу збереження зонда і зразка

Недоліки методу:

• Вкрай чутливий до всіх зовнішніх шумів

• Попадання на кантільовери під час сканування частинки з поверхні зразка змінює його частотні властивості і налаштування сканування "йдуть"

2.3. Полуконтактний режим роботи атомно-силового мікроскопа

При роботі в полуконтактном режимі також порушуються коливання кантільовери. У нижньому напівперіоді коливань кантільовери торкається поверхні зразка. Такий метод є посередником між повним контактом і повним бесконтактом. 

2.4. Інші сили

Незважаючи на те, що при описі роботи атомно-силового мікроскопа, дуже часто згадуються лише сили Ван-дер-Ваальса, в реальності з боку поверхні також діють пружні сили і сили адгезії. Їхній внесок особливо очевидний при роботі в полуконтактном режимі, коли внаслідок "прилипання" кантільовери до поверхні виникає гістерезис які можуть істотно ускладнювати процес одержання зображення та інтерпретацію результатів. 

Крім того з боку поверхні можливо дія магнітних і електростатичних сил. Використовуючи певні методики і спеціальні зонди можна дізнатися їх розподіл по поверхні.

3. Конструкція атомно-силового мікроскопа

Основними конструктивними складовими атомно-силового мікроскопа є: 

• Жорсткий корпус, що утримує систему

• Держатель зразка, на якому зразок згодом закріплюється

• Пристрої маніпуляції

Залежно від конструкції мікроскопа можливий рух зонда щодо нерухомого зразка або рух зразка, щодо закріпленого зонда.  Маніпулятори діляться на дві групи. Перша група призначена для "грубого" регулювання відстані між кантільовери і зразком (діапазон руху порядку сантиметрів), друга - для прецизійного переміщення в процесі сканування (діапазон руху порядку мікрон).  Як прецизійних маніпуляторів (або сканерів) використовуються елементи з п'єзокераміки. Вони здатні здійснювати перемещанія на відстані порядку ангстрем, проте їм притаманні такі недоліки, як термодрейф, нелінійність, гістерезис, крип.

• Зонд

• Система реєстрації відхилення зонда

Існує декілька можливих систем:

-Оптична (включає лазер і фотодіод, найбільш поширена)

-Інтерферометрична (складається з лазера і оптоволокна)

-Ємнісна (вимірюється зміна ємності між кантільовери і розташованої вище нерухомою пластиною)

-Тунельна (історично перша, реєструє зміну тунельного струму між проводять кантільовери і розташованої вище тунельної голкою)

• Система зворотного зв'язку

• Керуючий блок з електронікою