原子力显微镜提供了多种不同的测量模式，使科研人员能够表征任何给定样品的特性，从高分辨率表面形貌到电学或磁特性。本页简要概述了常见的AFM模式。要更详细地了解每种模式并查看应用示例，请点击全文。
接触模式
静态力模式
静态模式，或称接触模式，是操作AFM的原始且最简单的模式。在这种模式下，当探头光栅扫描样品表面时探头与样品持续接触。换句话说，探头“拖动”着走过样品。静态模式最常见的配置是在恒力或偏转反馈模式下运行的。在这种模式下，悬臂偏转是反馈参数。悬臂偏转由用户设定，与尖端对表面的推动力度有关，因此用户可以控制探针和样品之间的相互作用是温和还是强烈。
横向力模式
横向力模式或摩擦力模式是静态模式（接触模式）的一种形式。 在横向力模式下，成像与在静态模式下完全一样，只是悬臂扫描运动通常垂直于悬臂的轴进行，而常规的静态模式下扫描旋转是自由的。
此模式对于测量表面的摩擦力是特别有效的，因为当探头沿着表面光栅扫描时，由于扭矩而导致悬臂左右扭曲。通过标定悬臂的扭转弹簧常数，可以将横向力测量值转换为摩擦力。
动态模式
动态力模式 (轻敲模式)
动态力模式是指悬臂以共振或接近共振的高频率振荡的AFM模式的集合。一种特殊的动态模式，称为 调幅模式 (AM-AFM)，是最常见的AFM成像模式。在AM-AFM中，振荡幅度是反馈参数；其他动态模式具有不同的反馈参数，例如频率（频率调制）或相位（相位调制）。调幅模式，轻敲模式，间歇接触模式和动态力模式可以当同义词使用。
相位成像模式
相位对比度成像是最常见AFM成像方法之一（如果不是最常见的），它根据材料特性获得对比度。相位对比度成像是一种动态模式，是指在这种模式下采集的相位通道。 一个激发态悬臂振荡将展示在驱动和响应之间的相移(φ) 。
高级成像模式的扫描方法
附加的测量模式通常结合特殊的悬臂，可以测量除形貌外的样品特性。例如 磁力显微(MFM) 和几种 电学 AFM 模式. 其中一些模式取决于对磁场或电场的检测。这类测量的关键是将短程范德华力与长程电或磁力分开。提升悬臂可以探测较长程的电磁力，并使它们与已在地形成像中出现的短程范德华力中解离出来。
单通道法
在单通道或恒定高度设定中，在开始进行长程相互作用的成像之前，表面坡度已由完成的地形图或线测得，然后在样品上方的固定高度处（补偿了平均坡度后的）扫描尖端。
双通道法
与单道法不同的是交错扫描和双道成像模式（分别在下面的示意图中的左侧和右侧），可提供表面的地形信息和功能信号。在交错扫描模式下，前向扫描记录扫描线的地形，然后在后向扫描过程中将尖端提升到样品上方。在双道法中，地形测量在第一程向前和向后测量，在第二程的向前和向后移动中测量远程信号。双道扫描提供了更精确的地形和远程信号之间的相关性，而交错扫描模式则更快。
磁力显微
磁力显微 (MFM) 是相位成像模式下用带有薄磁性涂层的原子力显微镜悬臂来探测样品和磁化尖端间的磁场。这种方法通常用于成像具有非均匀磁性的任何材料，如磁基硬盘驱动器。它可以在单道扫描、交错扫描和双道扫描模式下工作。这些模式中的任何一种都需要对采集磁力显微镜图像时样品上方的高度进行优化。
电学AFM模式
AFM可以探测材料和表面的多种电学性能。 这些方法根据要探究的信息以静态模式或动态模式运行。诸如电流，电导率，表面电势和电容之类的特性探测在包括半导体，太阳能电池，导电聚合物和纳米电子学在内的许多应用中日益重要。 这些应用的共同点是，需要测量日益小型化的设备和特征的电学性能。
导电探针原子力显微镜 AFM (C-AFM)
这是一种静态模式法，其中电流分布和表面形貌同时映射。这与扫描隧道显微镜相似，因为它们都是在针尖和样品之间施加偏压，并测量两者之间的隧道电流。然而，与锐利的金属线相反，C-AFM使用导电悬臂,其优点是它独立地提供地形信息和电流信息。在这种模式下，还可以收集测量电流与电压曲线（通常称为IV曲线）的单点测量，以探测某个位置的详细电学特性。
压电力显微 (PFM)
这种基于静态模式的方法适合于研究铁电或压电材料，它们会对电场施加产生机械响应。当通过导电AFM尖端施加电压时，此模式可以同时测量材料的形貌和机械响应。锐利的导电AFM针尖与样品接触，针尖与样品之间施加交流电压。由于这个外加电压，样品会膨胀或收缩振荡。然后用锁定放大器检测悬臂的偏转来跟踪样品的运动。振幅提供材料压电张量的信息，相位提供极化方向的信息。
静电力显微 (EFM)
该模式等同于电学的 MFM 且以 相位成像模式运行, 但现在用于对基板电场变化进行成像。 扫描时尖端被提升到表面上方（通常只有几十纳米），会在尖端和样品之间施加电压，以产生长程静电力。When scanning the tip lifted above the surface (typically only a few tens of nanometers), a voltage is applied between tip and sample to create a long-range electrostatic force.
开尔文探针力显微 (KPFM)
KPFM 可提供有关样品表面的接触电势或功函数的信息，从而提供与样品电学性相关的对比机制。 开尔文探针力显微在振幅调制模式下运行，是一种 动态力模式 其带有薄导电涂层的悬臂以其共振频率被驱动（该模式也称为轻敲模式）。
力谱
AFM 力谱是指单点测量，其中悬臂接近并“刺入”样品，然后缩回。在此过程中，测量悬臂偏转与压电运动，最终将其转换为力与尖端-样品分离的测量，从而提供有关样品的机械信息。AFM 力曲线可用于挖掘样品的各种机械性能，包括粘附力，刚度（模量），展开/拉伸测量值和压痕深度（在给定的载荷下，针尖刺入样品的深度）。
电化学 AFM (EC-AFM)
电化学AFM 模式允许在电化学反应发生时进行原子力显微测量。原子力显微镜本身不是电化学反应的一部分，它只是一个观察者。特别是AFM的尖端不导电且处于浮动电位，以确保它不干扰电化学反应。 利用一种特殊的电化学电池，可以在电解液中监测电极表面的变化。阴极上的还原反应和阳极上的氧化反应都可以被研究。明了这些反应在诸如腐蚀、电池和光电等应用中是至关重要的。因此，EC-AFM允许在反应过程中对电极结构进行现场监测。从而建立了电极结构/形貌与电化学活性之间的关系。