根據針尖與試樣表面相互作用力的變化，ＡＦＭ主要有3種操作模式：接觸模式(contact mode),非接觸模式(non-contact mode)和敲擊模式(tapping mode)。
接觸模式：從概念上來理解,接觸模式是ＡＦＭ最直接的成像模式.正如名字所描述的那樣,AFM在整個掃描成像過程之中,探針針尖始終與樣品表面保持親密的接觸,而相互作用力是排斥力.掃描時,懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結構,因此力的大小范圍在10-10～10-6Ｎ.若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力,便不宜選用接觸模式對樣品表面進行成像；
非接觸模式：非接觸模式探測試樣表面時懸臂在距離試樣表面上方5～10nm的距離處振蕩.這時,樣品與針尖之間的相互作用由范德華力控制,通常為10-12Ｎ,樣品不會被破壞,而且針尖也不會被污染,特別適合于研究柔嫩物體的表面.這種操作模式的不利之處在于要在室溫大氣環境下實現這種模式十分困難.因為樣品表面不可避免地會積聚薄薄的一層水,它會在樣品與針尖之間搭起小小的毛細橋,將針尖與表面吸在一起,從而增加對表面的壓力；
敲擊模式：敲擊模式介于接觸模式和非接觸模式之間,是一個雜化的概念。懸臂在試樣表面上方以其共振頻率振蕩,針尖僅僅是周期性地短暫地接觸/敲擊樣品表面.這就意味著針尖接觸樣品時所產生的側向力被明顯地減小了.因此當檢測柔嫩的樣品時,AFM的敲擊模式是選擇之一.一旦ＡＦＭ開始對樣品進行成像掃描,裝置隨即將有關數據輸入系統,如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰頂之間的距離等,用于物體表面分析.同時,AFM還可以完成力的測量工作,測量懸臂的彎曲程度來確定針尖與樣品之間的作用力大小。
試樣制備
1. 粉末樣品的制備
粉末樣品的制備常用的是膠紙法，先把兩面膠紙粘貼在樣品座上，然后把粉末撒到膠紙上，吹去為粘貼在膠紙上的多余粉末即可。
2. 塊狀樣品的制備
玻璃、陶瓷及晶體等固體樣品需要拋光，注意固體樣品表面的粗糙度。（或者納米四氧化三鐵顆粒：把四氧化三鐵納米粉分散到溶劑中，越稀越好，然后涂于解離后的云母片上，自然晾干或用旋涂機旋涂都可以。）
