利用量子力学的电子隧道穿透效应研制的分辨本领可达原子级的显微工具。其基本结构为位置可精确确定的一根极尖细的金属探针。在探针与导电样品间施加一定的偏压，如针尖与样品之间的距离降至0.1纳米量级时电子可因隧道穿透作用越过真空从探针到达样品或从样品到达探针（取决于偏压极性）而形成隧道电流。隧道电流的大小对探针和样品之间的距离极为敏感，距离变化0.1纳米可使电流变化一个量级。因此当探针受控制电路驱使沿样品表面作前后、上下、左右移动扫描时即可以原子级的分辨本领探知样品表面的形貌，亦即利用扫描隧道显微镜可以观察到样品表面单个原子的位置。此外，扫描隧道显微镜亦能探测样品中的电子密度沿表面的分布。在表面科学、生物学、微电子技术等研究领域有广阔的应用前景。