固體表面附近的幾個原子層內具有許多與體內不同的性質（如化學組成、原子排列、電子狀態等等）。
在表面附近，由于垂直于表面方向的晶體周期性發生中斷，相應的電子密度分布也將發生變化，從而形成一空間突變的二維區域。材料的許多重要物理化學過程首先發生在這一區域，材料的許多破壞和失效也起源于表面和界面，例如金屬表面氧化、腐蝕、磨損、粘接、潤滑以及金屬材料的脆性、斷裂等均與表面或界面的特性有關。同時，由于這一突變區的存在，使材料表面產生許多新的物理化學性質。
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基于此, 世界各國通過各種處理方法使材料表面某種(些)特性突出, 或制造具有特殊性質的薄膜來改造材料或器件的功能，使之成為研制開發新材料的一種有效方法。表面分析技術隨之發展起來。
為有效進行物質表面分析，上世紀30年代開始，一系列物質表面分析的探測和顯微鏡技術相繼出現并日臻完善，為表面研究提供了良好的實驗條件，其基本原理是用一個探束（光子或原子 、電子、離子等）或探針（機械加電場）去探測樣品表面，并在兩者相互作用時，從樣品表面發射或散射電子、離子、光子及中性粒子（原子或分子）等。檢測這些粒子的能量、質荷比、束流強度等就可得到樣品表面的各種信息。
根據這些信息的特點，表面分析可大致分為表面形貌分析、表面成分分析和表面結構分析三類：
1.表面形貌分析指“宏觀”幾何外形分析，主要應用電子顯微鏡（TEM、SEM等）、場離子顯微鏡（FIM）、掃描探針顯微鏡（SPM，如STM、AFM等）等進行觀察和分析。
2.表面成分分析包括表面元素組成、化學態及其在表層的分布(橫行和縱向)測定等，主要應用X射線光電子能譜（XPS）、俄歇電子能譜（AES）、電子探針、二次離子質譜（SIMS）和離子散射譜（LSS）等。
3.表面結構分析指研究表面晶相結構類型或原子排列，主要應用低能電子衍射（LEED）、光電子衍射（XPD）、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等。
由于各種方法的原理、適用范圍均有所不同，因而從不同層面給人們提供了認識微觀世界的手段。