當探針和樣品之間的距離達到可以檢測到原子力的范圍時，懸臂在其固有本征頻率(f0)被激發，懸臂的共振頻率(f)會偏離其原始共振頻率(固有本征頻率)。換句話說，在可以檢測到原子力的范圍內，頻移(df=f-f0)將被觀察到。因此，當探針和樣品之間的距離處于非接觸區域時，隨著探針和樣品之間的距離變小，頻移沿負方向增加。
當樣品具有凹度和凸度時，頂端和樣品之間的距離根據凹度和凸度而變化，同時沿著x-y方向掃描樣品(z方向沒有高度調節)。結果，頻率偏移出現。通過沿樣品表面x-y方向的光柵掃描獲得的頻率值相對于每個測量點的x-y坐標繪制的圖像稱為恒定高度圖像。
另一方面，當沿著x-y方向對樣本表面進行光柵掃描時，可以通過使用負反饋(通過使用z反饋回路)在z方向上下移動探針(參見圖5的(3))來保持df恒定。負反饋量(探頭在z方向上下移動的距離)相對于每個測量點的x-y坐標繪制的圖像就是形貌圖像。換句話說，形貌圖是探頭尖端的軌跡，探頭尖端經過調節使得測向恒定，它也可以被認為是測向恒定高度表面的圖。
因此，原子力顯微鏡的形貌圖像本身不是精確的表面形貌，而是實際上受探針和樣品之間鍵序影響的圖像，然而，原子力顯微鏡的形貌圖像被認為比掃描隧道顯微鏡的形貌圖像更能反映表面的地理形狀。