Es erlaubt, Oberflächen von Festkörpern so genau anzuschauen, dass man bis in den atomaren Bereich vordringt und sogar die Energiezustände einzelner Atome analysieren kann.
Das Rastertunnelmikroskop arbeitet nach folgendem Grundprinzip: Zwischen einer Materialprobe, deren Oberfläche abgebildet werden soll, und einer sehr feinen Abtastspitze (Cantilever) wird eine elektrische Spannung angelegt. Die Abtastspitze wird sehr nah an die Oberfläche herangeführt, sodass ein sogenannter Tunnelstrom zwischen Probe und Spitze fließt. Um die Topographie der Probenoberfläche abzubilden, wird die Abtastspitze über der Probe bewegt. Da durch eine elektronische Schaltung der Tunnelstrom konstant gehalten wird, ist die Spitze zu Auf- und Abwärtsbewegungen gezwungen, die ein exaktes Abbild von der Probenoberfläche ergeben. Die Bewegungen des Cantilevers werden mithilfe eines laseroptischen Erfassungssystems registriert und in eine Bildinformation umgewandelt.