AFM 操作在原子間作用力不同的區段上，可將操作模式大致分成以下三類：
（一）接觸式：
接觸式 AFM 是將探針「直接接觸」樣品表面，利用針尖原子與樣品原子之間的斥
有的共振頻率、振幅及相位，而這個改變量即隱藏了樣品表面的物理特徵，如凹凸的形 貌，或者是軟硬的程度。
圖 2.2.2 所示為品質因子（quality factor, Q factor）示意圖，品質因子為一無因次參 數，常用於物理與工程上形容震盪、共振等關係，其特別用來形容共振帶頻寬與其共振 頻率的關係。因此在暫接觸模式的 AFM 中，以品質因子為參數來調控 AFM 探針[40]。
其定義 Q＝f
0/ f
圖 2.2.2 品質因子示意圖
懸臂的共振頻率由懸臂的三維尺寸、形狀及材料所決定，AFM 在取影像之前，應 先掃頻以尋找共振頻率，及振幅與頻率的關係。
驅動訊號在共振頻率 f0時，振幅達到最大值 A0，AFM 的工作頻率常選在些微偏離 共振頻率，其頻率為 fD 。當探針遠離樣品(即無交互作用力)時，振幅為 A’，但當探針 因接近表面而感受到吸引力時，由圖 2.2.3 頻率-振幅關係圖可以看出共振頻率受吸引力 影響而變小為 f0’，而在工作頻率 fD的振幅也變小為 A”。在掃描過程中，以此振幅大小 改變作為回饋電路輸入訊號，使探針懸臂振動振幅保持一設定值，藉此量測樣品表面形 貌，所以此模式也稱為振幅調制模式[41]。
圖 2.2.3 探針之頻率-振幅關係圖
上述接觸式與暫接觸式，以 PSD 所偵測到的偏折量來呈現樣品的表面形態又可延 伸出兩種操作方式：
(1) 定力模式：在此模式中，微懸臂的偏移量被當作回饋訊號，此信號使三維位移 掃描平台在 z 軸上下移動來保持原來的一設定值，同時也利用位移掃描平台的移動量將 樣品的表面形態給呈現出來，此方法可適用於表面起伏大的樣品，但缺點為掃描速度 慢，所需掃描時間較久。
(2) 定高模式：在此模式中，系統關閉回饋機制，以微懸臂本身在掃描過程中所造 成的偏移量，來呈現整個樣品的表面形態。而掃描過程中，位移掃描平台保持在一定的 高度，其解析度較定力模式高，但其缺點為僅適用於較平坦樣品。
（三）非接觸模式
在此模式下探針與樣品表面並不接觸，利用分子間微弱的凡得瓦爾力造成微懸臂 上的振動頻率改變並將其轉換成力梯度（force gradient），當探針愈接近樣品表面時，其 所受的力梯度則愈大，此時懸臂的共振頻率值將變得愈小，故回饋系統可藉由此關係將 參考共振頻率 f0與偵測得的懸臂擺動頻率 f 做比較而得到表面形貌的影像，所以此方式 亦稱為頻率調制模式。在實際操作上，探針不能距離樣品表面太遠，且探針的振幅也不 能太大,否則會有敲到樣品的危險；再加上由於作用力較接觸式小，故掃描速度需較慢，
操作起來要比較小心。在頻率調制模式下，探針懸臂的頻率改變與作用力梯度成正比，
因此在真空中，由於探針懸臂的品質因子極大，所以會有很高的力靈敏度。