原子力显微镜由扫描探头、电子控制系统、计算机控制及软件系统、步进电机和自动逼近控制电路四部分构成。原子力显微镜与传统的显微镜不同，其工作原理非常类似于盲人在读盲文时，用手指来感受表面起伏，是对样品表面的一种感知。原子力显微镜使用一端固定而另一端装有针尖的弹性微悬臂作为力传感器。当针尖在样品上扫描时，针尖和样品间的作用力会引起微悬臂的形变，后者导致反射激光束在检测器中的位置发生改变，检测器中不同象限间所接收到的激光强度差代表悬臂形变量的大小，在反馈电路的作用下，样品表面起伏引起的微悬臂形变通过压电管对Z方向的伸缩进行补偿，计算机采集每个坐标点对应的反馈输出值，再转化为灰度级，在显示屏上表示出样品的表面形貌。
原子力显微镜可直接在液体介质中观察碰撞颗粒，原子力显微镜探针和液滴之间的力曲线可以研究单个液滴的力学特性，从力曲线所得的表面张力和液滴大小的倒数可以判断乳液的稳定性。利用原子力显微镜记录涂有酪蛋白和果胶的单个油滴的力曲线，通过力曲线和横向膨胀反映油滴的形变，提出力体积成像可用于探测油滴的力学特性的横向分布。通过原子力显微镜力!距离测量可得到脂质晶体结构和力学特性之间的关系。
利用原子力显微镜研究了二棕榈酰磷脂酰胆碱和二油酰磷脂酰胆碱在水-空气界面处的结构特性，布如斯特角显微镜（BAM）和原子力显微镜分别从微观水平和纳米水平上观察了磷脂膜单分子层的结构特征，两者虽然原理不同，但是所得单分子层的结构相似且相互补充，并验证了在空气-水界面二棕榈酰磷脂酰胆碱结构的多态性，原子力显微镜结果显示了磷脂单分子层在纳米水平上具有不均一性结构，提出磷脂单分子层的结构、形貌等对烃链和溶液的pH较敏感。原子力显微镜在检测支持物、平坦基质纳米水平上的表面信息方面是一种强有力的工具，并可以直接提供结构高度和形貌方面的信息。
原子力显微镜作为一种强有力的纳米研究工具已被应用于食品领域。原子力显微镜可在纳米水平上研究食品分子结构和分子之间的交互作用；可定性和定量分析分子结构、分子的交互作用以及操纵分子。利用原子力显微镜研究食品组分是当前和今后的一个研究热点。原子力显微镜应用于食品组分研究具有自己的优缺点和特殊应用，如原子力显微镜针尖容易污染或损坏，成像结果会受针尖的形状和尺寸等因素的影响，扫描面积小等，但随着研究的不断进展，新的成像方式和制样方法的不断改进，将使原子力显微镜技术日趋成熟。原子力显微镜作为一种先进的技术，可与其它技术相结合应用于食品品质的研究。