Il STM si basa sul concetto di [[effetto tunnel]]. Quando una punta conduttrice è portata molto vicino alla superficie da esaminare, un [[tensione di polarizzazione|bias]] (differenza di tensione) applicataapplicato tra i due può permettere agli elettroni di realizzare un tunnel attraverso il vuoto tra di loro. La "corrente di ''tunneling''" che ne risulta è in funzione della posizione della punta, della tensione applicata e della [[densità locale degli stati]] (LDOS, ''Local Density Of States'') del campione.<ref name="Chen"/> Le informazioni sono acquisite monitorando la corrente come la posizione della punta scansiona l'intera superficie e di solito sono mostrate in forma di immagine. La STM può essere una tecnica impegnativa, in quanto può richiedere superfici estremamente stabili e pulite, punte acuminate, ottimo [[isolamento della vibrazione|controllo delle vibrazioni]] e un'elettronica sofisticata.
