掃描
STM工作時，探針將充分接近樣品產生一高度空間限制的電子束，因此在成像工作時，STM具有極高的空間分辨率，可以進行科學觀測。
探傷及修補
STM在對表面進行加工處理的過程中可實時對表面形貌進行成像，用來發現表面各種結構上的缺陷和損傷，并用表面淀積和刻蝕等方法建立或切斷連線，以消除缺陷，達到修補的目的，然后還可用STM進行成像以檢查修補結果的好壞。
微觀操作
引發化學反應
STM在場發射模式時，針尖與樣品仍相當接近，此時用不很高的外加電壓（最低可到10V左右）就可產生足夠高的電場，電子在其作用下將穿越針尖的勢壘向空間發射。這些電子具有一定的束流和能量，由于它們在空間運動的距離極小，至樣品處來不及發散，故束徑很小，一般為毫微米量級，所以可能在毫微米尺度上引起化學鍵斷裂，發生化學反應。
移動，刻寫樣品
當STM在恒流狀態下工作時，突然縮短針尖與樣品的間距或在針尖與樣品的偏置電壓上加一脈沖，針尖下樣品表面微區中將會出現毫微米級的坑、丘等結構上的變化。針尖進行刻寫操作后一般并未損壞，仍可用它對表面原子進行成像，以實時檢驗刻寫結果的好壞。
移動針尖進行刻寫的辦法主要有兩種
①在反饋電路正常工作時，通過調節參考電流或偏置電壓的大小來調節針尖與樣品間的接觸電阻，達到控制針尖移動的目的。當加大參考電流或減小偏壓時為保證恒流工作，反饋將控制針尖移向樣品，從而減小接觸電阻。
②當STM處于隧道狀態時，固定反饋線路的輸出信號，關閉反饋，然后通過改變控制Z向運動的壓電陶瓷上所加電壓的大小來改變針尖與樣品的間距，這種方法較前者能夠更線性地控制隧道結寬度的變化，相對來說是較為理想的辦法。
刻寫的結果與針尖的清潔程度有密切關系。已經污染的針尖接觸表面后將產生一小坑；未使用過的清潔的針尖接觸表面則產生一小丘。清潔針尖在表面上產生小丘的原因是由于它與表面有粘接現象，此時若想使針尖與樣品的間距恢復到與表面接觸前的情況，針尖必須退回更多，這從另一個角度說明針尖的粘接已使表面產生一凸起部分。針尖的污染將會阻止它對表面的粘接，故使用過的針尖接觸表面后將會刻出一個小坑，坑的周圍還會有原先在坑內的原子翻出堆成的凸起邊緣 [2] 。
室溫下在Au及Ag等金屬表面上刻寫出的微細結構在室溫下總是不穩定的，由于金屬原子的擴散，這些結構最多在幾小時內就會模糊以至消失。
在其他材料如Si(110)、Si(100)等表面上運用STM刻出穩定的結構卻是可能的。刻寫時，針尖向樣品移進2nm時，小坑深（從邊緣算起）0.7nm。在室溫條件下及超高真空中，這些圖形具有高穩定性，經很長時間后亦不發生變化。
STM可在金屬玻璃上進行刻寫操作，小丘的大小隨偏壓的增加而增加。產生小丘的原因通常認為是由于高電流密度引起了襯底的局部熔化，這些熔化物質在針尖負偏壓產生的靜電場作用下，會形成一突起的泰勒錐，電流去掉后，這個錐立即冷卻下來，在表面上形成一小丘……并不是所有的表面都可如此形成小丘的。襯底的熔點決定了局部熔化時所需的熱量；對于點源電子束，襯底實際獲取熱量不僅與電流密度有關，還取決于電子在其中的平均自由程及所用襯底的熱傳導系數；對于無序的金屬化玻璃Rh25Zr75，由于電子在其中的平均自由程較晶體及多晶金屬小一百倍，且熔點不是非常高，為1340K，因此電子束入射時其獲取熱量較多，相對較易被熔化，故容易在其上如此形成小丘。