上個世紀發明的場離子顯微鏡可以直接進行原子成像，與其他顯微鏡成像方式相比更別具一格，它能清晰地顯示樣品表層的原子排列和缺陷，在此基礎上進一步發展的原子力顯微鏡則可以對不同元素的原子逐個進行分析，鑒定其元素類別，還可以給出納米空間中不同元素原子的分布圖形。
 

　　原子力顯微鏡由一個真空容器組成，被研究材料的樣品制成針尖形狀，其曲率半徑約為50nm，被固定在距離熒光屏大約50mm的位置。樣品被冷卻至深低溫，以減小原子的熱振動，使原子的圖像穩定可辨，并接3～30kV正高壓作為陽極。儀器工作時，首先將容器抽到10-8Pa的真空度，然后通入氦氣、氖氣或氬氣等成像氣體至10-3Pa。在加上足夠高的電壓時，樣品附近的氣體原子發生極化和電離，氣體離子在電場作用下射向熒光屏產生亮斑，在熒光屏上即可顯示表層原子的清晰圖像，其中每一亮點都是單個原子的像。為了使圖像得到增強，在熒光屏前面放置一塊微通道板，當氣體離子射入微通道板后，產生一束增強的二次電子，二次電子轟擊到熒光屏上產生一個增強的亮斑。

　　原子力顯微鏡可以用來做元素分布，主要是可以給出納米空間內的元素三維分布情況，研究納米析出相或者納米團簇、偏聚等問題，可以既給出原子位置又給出原子是什么，在此領域要比其它分析手段先進很多。