扫描探针显微镜不是简单成像的显微镜，而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。扫描探针显微镜的应用领域是宽广的，无论是物理、化学、生物、医学等基础学科，还是材料、微电子等应用学科都有用武之地。
扫描探针显微镜主要可分为扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、力调制显微镜(FMM)、相位检测显微镜(PDM)、静电力显微镜(EFM)、电容扫描显微镜(SCM)、热扫描显微镜(SThM)和近场光隧道扫描显微镜(NSOM)等各种系列显微镜。
这些显微镜都是基于探针在被测样本表面上进行横向和纵向扫描，并检测探针针头与样品表面之间相关检测量变化的原理研制的设备，因此，以上各系列显微镜被统称扫描探针显微镜(SPM)。
扫描隧道显微镜(STM)的基本原理是基于量子隧道效应。当针尖和试样面间距离足够小时(<0.4nm)，在针尖和试样面间施加一偏置电压，便会产生隧道效应，电子在针尖和试样面之间流动，形成隧道电流。
在相同的偏置电压作用下，随着探针同试样面间的距离减小，隧道电流很快增大(可增大1～2个数量级)，同时针尖原子和试样面原子的电子云部分重叠，使两者之间的相互作用大大增强。由于隧道电流随距离呈指数形式变化，因此，试样面上由于电子排列形成的“凸凹不平”表面导致隧道电流剧烈的变化。检测变化的隧道电流并经计算机处理，便能得到试样面的原子排列情况。
原子力显微镜(AFM)基本原理是由于试样面原子排列产生“凸凹不平”，当探针在水平方扫描时，针尖同试样面间的距离在垂直方向便会产生变化。由固体物理学理论可知，当探针针尖同试样面很近时，其间会产生原子间力。针尖同试样面间垂直方向的变化距离导致针尖同试样面间原子间力的变化。变化的原子间力引起悬臂梁在垂直方向发生振动，因此，利用激光束的偏转可检测出针尖同试样面间变化的原子间力。将激光束的偏转信号输入计算机中进行处理，可得到试样面的表面信息。在试样面下方装有压电材料，用以接受计算机输出的反馈信号，调节试样面的高度，以达到保护探针针尖的目的。
由于原子力显微镜是基于原子间力的理论，因此，被测试样面由导体和半导体扩展到绝缘体领域，其横向分辨率可达0101nm。目前根据探针针尖同试样面的接触情况，将原子力显微镜的接触形式分为接触型(C型)、非接触型(NC型)、间歇接触型(IC型)。
力调制显微镜(FMM)探针针尖以接触形式同被测试样面相接触。为保持探针同试样面恒定接触，使悬臂梁保持恒定弯曲，需将经计算机处理后的反馈信号送给悬臂梁。由于试样面的局部弹性有差异，经调制后的探针振动信号随试样面局部弹性的不同而变化，因此，通过测量振幅的变化量可得到试样面的局部弹性情况。探针所加信号为100～1000kHz，要略高于反馈信号。
力调制显微镜的*大特点是可测量表面的弹性变化情况，其横向分辨率要高于原子力显微镜一个数量级。
相位检测显微镜(PDM)在试样面上施加输入信号，则在悬臂梁上有相应的输出信号。将两种信号同时输入计算机中进行处理，可得到试样面的表面特性。
相位检测显微镜的特点是接触面处的接触方式既可以是接触型、非接触型，也可以是间歇接触型。可检测出表面的弹性情况、粘性情况和摩擦情况。
静电力显微镜(EFM)中，探针同试样面的接触情况为非接触型。当探针在试样面上进行扫描时，由于试样面上电荷密度有差异，探针和试样面间形成的静电力随扫描区域的不同而变化，因此，通过测量悬臂梁的振幅变化量可得到试样面的表面电荷分布情况。该项技术由于被用于微处理器等深亚微米芯片检测而被称为“电荷探针”。
电容扫描显微镜(SCM)中探针同试样面的接触方式为接触型的。当探针在试样面上扫描时，由于针尖同试样面间的介电常数随扫描区域的不同而发生变化，从而导致接触面处电容的变化。通过测量变化的电容，可获得试样面的介电常数分布情况。
电容扫描显微镜的特点是不仅可以测量表层的介电常数分布，还可以测量深层的介电常数分布。
热扫描显微镜(SThM)在接触处的接触方式为非接触型。扫描隧道显微镜的悬臂梁由热膨胀系数较大的材料制成。当探针在试样面上扫描时，由于 
试样面上不同的热量分布导致悬臂梁的变形量不同，通过测量悬臂梁的振动变化可得到试样面上热的分布情况。
近场光隧道扫描显微镜(NSOM)中，探针被固定，试样面利用压电技术进行扫描。针尖被做成音插形状，以提高灵敏度。近场光隧道扫描显微镜可测量几个纳米的近场，对于次长波信息，分辨率可达5～20nm。
