يقوم مبدأ عمل الميكروسكوب النفقي الماسح STM على وجود مجس على شكل ابرة سمك رأسها يساوي سمك ذرة او ذرتين, ومثبت على حامل, ويتم معايرة المسافة بين رأس المجس والعينة, بحيث لا تزيد عن بضعة انجستروم, ويتم تسليط تيار كهربائي نفقي بين العينة ورأس المجس, وعندما يتحرك المجس على العينة تتغير قيمة التيار النفقي حسب تضاريس العينة, فيتم من خلال ذلك رسم صورة ثلاثية الأبعاد للعينة, اما المجهر الذري AFM فيتشابه مبدأ عمله مع المجهر النفقي, غير ان المجهر النفقي يستخدم للعينات الموصلة والشبه موصلة للتيار الكهربائي فقط, بينما يمكن استعمال المجهر الذري لفحص العينات الغير موصلة للتيار الكهربائي مثل البروتينات, كما تعتمد طريقة عمل المجهر الذري على ملامسة العينة برأس المجس وحساب القوة الناتجة عن ذلك لرسم الصورة, بينما يتم رسم الصورة في المجهر الماسح من خلال تغير قيمة التيار النفقي, يذكر ان كلا النوعين من المجاهر تم تطويرهما في مطلع الثمانينات من القرن الماضي لتصوير فائق الدقة للذرات والفيروسات.