用隧穿电流探测表面
扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）把尖锐导电针尖移到样品表面极近处，在二者之间建立适当电压并测量隧穿电流。电子能够通过量子隧穿跨越微小间隙，因此不必像普通电接触那样让两端紧压在一起。电流对针尖与表面的距离十分敏感，使微小的局部变化能够被记录下来。
这种仪器不是扫描电子显微镜：后者用电子束扫描样品并探测相互作用产生的信号，STM则依赖近场针尖与样品间的隧穿。它也不同于光学显微镜，不是用透镜收集可见光形成放大的像。把显示屏上的亮暗直接理解成肉眼意义的颜色，会误读其信号。
扫描怎样成为图像
在恒电流工作方式中，控制系统持续调整针尖的垂直位置，使隧穿电流接近设定值，同时让针尖沿水平方向扫描。记录各位置所需的垂直位移，就能形成具有表面起伏特征的图。普渡大学的教学资料据1982年实验论文说明了这一过程：电流提供控制条件，针尖的升降轨迹则提供成像数据。
这种图像包含表面结构信息，却不能无条件等同于纯粹几何高度。隧穿过程还与局部电子性质有关，所用针尖也参与信号形成。解释图像时必须考虑测量条件，而不能只把每个凸起都视为一个不受环境影响的硬球原子。
从隧穿实验到显微仪器
比尼希与罗雷尔在IBM苏黎世实验室开展了这一仪器的研制，1981年的实验构成重要早期成果，1982年发表的表面研究论文进一步展示了扫描成像。IBM的历史资料强调，真正的工程难点包括抑制振动和噪声，以及控制针尖的位置、运动与形状；知道隧穿现象存在，并不等于已经拥有可重复成像的仪器。
比尼希和罗雷尔因这项工作获得1986年诺贝尔物理学奖。STM后来也成为操纵表面原子的工具，IBM研究人员曾以氙原子排列字母展示这种能力。操纵实验并非日常扫描必然发生的步骤，而是在专门控制条件下利用针尖与表面的相互作用实现的进一步应用。
参考：[1]
样品条件与相关仪器
常规STM测量需要可建立隧穿电流的样品与针尖体系，因此对导电条件有要求，不能把它当作适用于任意厚绝缘材料的通用表面相机。1986年的原子力显微镜论文正以此为背景，提出通过悬臂测量微小作用力，把扫描探针研究扩展到绝缘样品。
原子力显微镜与STM都采用局部探针逐点扫描，但反馈所依据的物理量不同。早期AFM甚至使用STM读取悬臂运动，这种部件上的结合并没有取消两者的概念边界。STM的核心价值，是把隧穿信号转化为可定位的表面信息；原子级细节的可靠性仍取决于仪器稳定性、样品状态以及对信号来源的解释。