原子力顯微鏡由掃描探頭、電子控制系統、計算機控制及軟件系統、步進電機和自動逼近控制電路四部分構成。原子力顯微鏡與傳統的顯微鏡不同，其工作原理非常類似于盲人在讀盲文時，用手指來感受表面起伏，是對樣品表面的一種感知。原子力顯微鏡使用一端固定而另一端裝有針尖的彈性微懸臂作為力傳感器。當針尖在樣品上掃描時，針尖和樣品間的作用力會引起微懸臂的形變，后者導致反射激光束在檢測器中的位置發生改變，檢測器中不同象限間所接收到的激光強度差代表懸臂形變量的大小，在反饋電路的作用下，樣品表面起伏引起的微懸臂形變通過壓電管對Z方向的伸縮進行補償，計算機采集每個坐標點對應的反饋輸出值，再轉化為灰度級，在顯示屏上表示出樣品的表面形貌。

原子力顯微鏡可直接在液體介質中觀察碰撞顆粒，原子力顯微鏡探針和液滴之間的力曲線可以研究單個液滴的力學特性，從力曲線所得的表面張力和液滴大小的倒數可以判斷乳液的穩定性。利用原子力顯微鏡記錄涂有酪蛋白和果膠的單個油滴的力曲線，通過力曲線和橫向膨脹反映油滴的形變，提出力體積成像可用于探測油滴的力學特性的橫向分布。通過原子力顯微鏡力!距離測量可得到脂質晶體結構和力學特性之間的關系。

利用原子力顯微鏡研究了二棕櫚酰磷脂酰膽堿和二油酰磷脂酰膽堿在水-空氣界面處的結構特性，布如斯特角顯微鏡（BAM）和原子力顯微鏡分別從微觀水平和納米水平上觀察了磷脂膜單分子層的結構特征，兩者雖然原理不同，但是所得單分子層的結構相似且相互補充，并驗證了在空氣-水界面二棕櫚酰磷脂酰膽堿結構的多態性，原子力顯微鏡結果顯示了磷脂單分子層在納米水平上具有不均一性結構，提出磷脂單分子層的結構、形貌等對烴鏈和溶液的pH較敏感。原子力顯微鏡在檢測支持物、平坦基質納米水平上的表面信息方面是一種強有力的工具，并可以直接提供結構高度和形貌方面的信息。

原子力顯微鏡作為一種強有力的納米研究工具已被應用于食品領域。原子力顯微鏡可在納米水平上研究食品分子結構和分子之間的交互作用；可定性和定量分析分子結構、分子的交互作用以及操縱分子。利用原子力顯微鏡研究食品組分是當前和今后的一個研究熱點。原子力顯微鏡應用于食品組分研究具有自己的優缺點和特殊應用，如原子力顯微鏡針尖容易污染或損壞，成像結果會受針尖的形狀和尺寸等因素的影響，掃描面積小等，但隨著研究的不斷進展，新的成像方式和制樣方法的不斷改進，將使原子力顯微鏡技術日趨成熟。原子力顯微鏡作為一種先進的技術，可與其它技術相結合應用于食品品質的研究。