先端が原子一個またはそれに近く先鋭化された導電性の探針を，試料表面から1nm程度以下まで近接させ，探針と試料の間に電圧を印加すると電流（トンネル電流）が流れる．トンネル電流は，探針と試料の間が0.1nm変化するとおよそ1けた変化するほどすきまに鋭敏なため，これをセンシング量に，またアクチュエータにピエゾ素子を用いることで，きわめて精密にすきま制御ができる．このトンネル電流を一定に保つようにすきま制御しながら，探針を試料面内に二次元的に走査し，この時のすきま制御電圧を画像化することで，原子オーダの分解能で表面観察を可能とした走査型顕微鏡．