Первостепенное значение для понимания свойств любого объекта имеет знание его атомной структуры, поэтому определение поверхностных структур - один из наиболее важных разделов физики поверхности. Именно фундаментальные исследования разнообразных электронных, атомных и молекулярных процессов, происходящих на поверхности твердых тел, обеспечили успехи современных микро - и Наноэлектроники, гетерогенного катализа, космических технологий и т.п.

Непосредственное наблюдение за поведением отдельных атомов на поверхности твердого тела и изучение процессов с участием одиночных или небольших групп атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) широко используется учеными самых разных специальностей, охватывающих практически все естественнонаучные дисциплины, начиная от исследований в области физики, химии, биологии и до конкретных технологических приложений. Принцип действия СТМ настолько прост, а потенциальные возможности так велики, что невозможно предсказать его воздействие на науку и технику даже ближайшего будущего.

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) стала одним из самых мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением и превратилась из экзотической методики, доступной лишь ограниченному числу исследовательских групп, в широко распространенный и успешно применяемый инструмент для исследования свойств поверхности. В настоящее время практически ни одно исследование в области физики поверхности и тонкопленочных технологий не обходится без применения методов СЗМ. Развитие сканирующей зондовой микроскопии послужило также основой для развития новых методов в Нанотехнологии – технологии создания структур с Нанометровыми масштабами.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) – первый из семейства зондовых микроскопов - был изобретен швейцарскими учеными Г. Биннигом и Г. Рорером, которым была присуждена Нобелевская премия по физике 1986 года за создание туннельного микроскопа. В своих работах они показали, что это достаточно простой и весьма эффективный способ исследования поверхности с пространственным разрешением вплоть до атомарного. Настоящее признание данная методика получила после визуализации атомарной структуры поверхности ряда материалов и, в частности, реконструированной поверхности кремния.

Вслед за туннельным микроскопом в течение короткого времени были созданы атомно-силовой микроскоп (АСМ), магнитно-силовой микроскоп (МСМ), электросиловой микроскоп (ЭСМ), ближнепольный оптический микроскоп (БОМ) и многие другие приборы, имеющие сходные принципы работы и называемые сканирующими зондовыми микроскопами.
Различие, например, между СТМ и АСМ состоит в том, что первый измеряет туннельный ток между зондом и поверхностью, а второй — силу взаимодействия между ними. Причем АСМ так же, как и СТМ, имеет два режима работы - в контактном режиме с поверхностью, при котором основную роль играют силы отталкивания электронных оболочек атомов зонда и поверхности, и в "бесконтактном" режиме, когда зонд находится на большем расстоянии, и доминируют силы Ван дер Ваальса. Как и в случае СТМ, обычно в АСМ используется пьезоэлектрический сканнер. Вертикальное перемещение зонда в процессе сканирования может контролироваться либо по изменению интерференционной картины, создаваемой пучком света, направляемым по оптоволокну на зонд, либо по отражению лазерного луча от кончика зонда, поэтому АСМ чувствителен к вертикальной компоненте поверхностных сил. Близкая к описанным, но более гибкая мода АСМ называется латерально-силовой микроскопией и реагирует на боковые силы трения между зондом и сканируемой поверхностью. При этом одновременно может быть измерена и нормальная, и касательная составляющая силы воздействия поверхности на зонд. Все три описанных сканирующих микроскопа предоставляют информацию о топографии и дефектах структуры поверхности с разрешением, близким к атомному.