測量顯微鏡早在公元前一世紀，人們就已發(fā)現(xiàn)通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像。后來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認識。
1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經造出類似顯微鏡的放大儀器。
1610年前后，意大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠鏡的同時，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結構，當時的光學工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進。
17世紀中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻。
1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調焦機構、照明系統(tǒng)和承載標本片的工作臺。這些部件經過不斷改進，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。
1673～1677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九臺保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡，在動、植物機體微觀結構的研究方面取得了杰出成就。
19世紀，高質量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)，使顯微鏡觀察微細結構的能力大為提高。
1827年阿米奇第一個采用了浸液物鏡。
19世紀70年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎。這些都促進了顯微鏡制造和顯微觀察技術的迅速發(fā)展，并為19世紀后半葉包括科赫、巴斯德等在內的生物學家和醫(yī)學家發(fā)現(xiàn)細菌和微生物提供了有力的工具。 在顯微鏡本身結構發(fā)展的同時，
顯微觀察技術也在不斷創(chuàng)新：
1850年出現(xiàn)了偏光顯微術;
1893年出現(xiàn)了干涉顯微術;
1935年荷蘭物理學家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學獎。 古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像。后來在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲的接收器?，F(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝像管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機后構成完整的圖像信息采集和處理系統(tǒng)。目前全世界最主要的顯微鏡廠家主要有：奧林巴斯、蔡司、徠卡、尼康。國內廠家主要有：江南、麥克奧迪、偉達集團等。
與STM類似，在AFM中，使用對微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對樣品表面作光柵式掃描。當針尖和樣品表面的距離非常接近時，針尖尖端的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力(10-12~10-6N)，此時，微懸臂就會發(fā)生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變之間遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。所以，只要測出微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。
針尖與樣品之間的作用力與距離有強烈的依賴關系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定，即保持為懸臂的形變量不變，針尖就會隨樣品表面的起伏上下移動，記錄針尖上下運動的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱為“恒力”模式(Constant Force Mode)，是使用最廣泛的掃描方式。
AFM的圖像也可以使用“恒高”模式(Constant Height Mode)來獲得，也就是在X，Y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與樣品之間的距離恒定，通過測量微懸臂Z方向的形變量來成像。這種方式不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時用得比較多，而對于表面起伏比較大的樣品不適用。
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