扫描隧道显微镜的基本原理：其主要是利用量子理论中的隧道效应。将原子级别的探针跟被检测物体的表面作为两个电极，当被检测样品和探针针尖之间的距离较为接近的时候（一般是小于1nm），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象指的就是隧道效应。隧道电流I表示的是电子波函数重叠的量度，跟探针的针尖与样品之间的距离S以及平均的功函数Φ有关。
    　 隧道电流强度对探针针尖和样品表面之间的距离是很敏感的，如果它们之间的距离S减小0.1nm，隧道电流I将增加一个数量级，所以，利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定，并且用压电陶瓷材料控制探针针尖在样品表面的扫描，那么探针在垂直样品的方向上面的高低变化就能够反映出样品表面的起伏。
    　当探针的针尖在样品的表面上进行扫描的时候，其运动的轨迹直接在荧光屏或者是记录纸上显现出来，就可以获得样品的表面态密度的分布或者是原子排列的图象。这样的扫描方式可以用来观察一些样品的表面形貌起伏差异大的，并且能够通过加在z向驱动器上的电压值推出表面起伏高度的值，这种扫描模式是较为常用的。对于一些起伏不是很大的样品表面，可以采用控制针尖的高度守恒扫描，通过记录隧道电流的变化就能够或者表面态度的分布。这种扫描方法的特点是扫描速度很快，能够减少噪音以及热漂移对信号造成的影响，但是一般情况下不能够用来观察表面起伏大于1nm的样品。
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