SPM（Scanning Probe Microscope，掃描探針顯微鏡）的原理基於量子力學和表面力學的理論。它通過使用極細的探針在被研究物質的表面上方掃描，檢測探針與樣品之間的相互作用力，從而獲取表面形貌等信息。探針通常由矽、氮化矽等材料製成，直徑在數個微米到數十個微米之間，長約數毫米。探針的一端固定在樣品台上，另一端安裝有感受力變化的敏感元件。當探針在樣品表面掃描時，探針與樣品之間的相互作用力會使敏感元件產生形變或偏轉，從而得到表面形貌等信息。
SPM是一類儀器的統稱，包括STM（Scanning Tunneling Microscope，掃描隧道顯微鏡）和AFM（Atomic Force Microscope，原子力顯微鏡）。這些儀器通過原子線度的針尖在樣品表面掃描，檢測針尖與樣品之間的相互作用力，如隧道電流，以得到樣品表面的形貌信息。例如，STM的核心是一個能在樣品表面上掃描、並與樣品間有一定偏置電壓的針尖，通過電子隧穿效應，可以形成隧道電流。通過記錄隧道電流的變化，可以得到樣品表面形貌的信息。
SPM的工作原理主要基於微觀或介觀範圍的各種物理特性，通過原子線度的極細探針在被研究物質的表面上方掃描時檢測兩者之間的相互作用，以得到被研究物質的表面特性。不同類型的SPM之間的主要區別在於它們的針尖特性及其相應的針尖----樣品相互作用方式的不同。