當原子尺度的針尖在不到一個納米的高度上掃描樣品時，此處電子云重疊，外加一電壓（2mV~2V），針尖與樣品之間產生隧道效應而有電子逸出，形成隧道電流。電流強度和針尖與樣品間的距離有函數關系，當探針沿物質表面按給定高度掃描時，因樣品表面原子凹凸不平，使探針與物質表面間的距離不斷發生改變，從而引起電流不斷發生改變。將電流的這種改變圖像化即可顯示出原子水平的凹凸形態。
