Princip a postup měření je následující:

1. Potřebujeme určitý definovaný vzorek z jednoho materiálu a testovací hrot z druhého materiálu. Elektrony se v našich materiálech pohybují na určitých energetických hladinách (tato část experimentu je snadná, vše zařídí příroda)
2. Přiblížíme hrot a vzorek na vzdálenosti řádově nekolika Angströmů (Å). Elektrony z té látky, která má hladiny elektronů energeticky výše, začnou tunelovat do druhého materiálu. (pravděpodobnost tunelového průchodu exponenciálně závisí na vzdálenosti mezi oběma materiály)
3. Tunelující elektrony vytváří slabý, ale měřitelný proud (řádově 1 pA až 10 nA). Pokud tuneluje elektronů příliš málo, můžeme je samozřejmě motivovat přiložením napětí (tím snižujeme a zkracujeme energetickou bariéru, kterou musí elektrony překonat) nebo přiblížením hrotu ke vzorku (dojde k většímu překryvu elektronových orbitalů, a tím se zvýší pravděpodobnost tunelování)
4. podle způsobu zpracování signálu (tunelového proudu) máme nyní dvě možnosti zkoumání:
   1. Pohybujeme hrotem stále ve stejné výšce nad povrchem a měříme přímo velikost proudu (z ní se spočte vzdálenost hrotu od povrchu). Alegorické přiblížení by bylo např. námořník měřící olovnicí hloubku vody pod lodí
   2. Nastavíme si konstantní hladinu proudu a udržujeme ji zpětnou vazbou tak, že hrot přibližujeme nebo oddalujeme během skenování od povrchu
   První metoda je pochopitelně jednodušší, nese s sebou však riziko, že hrot narazí do nějakého výstupku na povrchu a dojde k nenávratnému poškození hrotu i povrchu (náš námořník narazil na útes)
5. Nyní seženeme ochotného studenta zapáleného do programování a zpracování výsledného 2D pole hodnot tunelových proudů, necháme ho napsat příslušný program na zpracování výsledků a můžeme si prohlížet obrázky zkoumaného povrchu

Pohyb v ose x a y je nastaven počítačem (podle velikosti snímané plochy, rychlosti snímání atd.) a pohyb v ose z je realizován pomocí smyčky zpětné vazby udržující konstantní hodnotu tunelového proudu. Měříme napětí přikládaná na piezokrystaly (tím tedy výchylku krystalů od nějaké normované pozice) a z toho potom dopočítáváme plastický obraz povrchu. Protože ale hustota tunelového proud závisí na hustotě elektronů na hladině, ze které tunelují, získáváme obraz rozložení hustot elektronů, nikoliv samotných atomů, jak by se mohlo zdát.

Přiblížení hrotu k povrchu je větším problémem, než na první pohled vypadá. Nejprve je nutno vzorek ke hrotu přiblížit hrubě na několik set nanometrů, až potom je možné začít používat piezokeramiku (používanou keramiku je možno piezoelektrickým jevem stlačit či roztáhnout řádově o mikrometr). Ke hrubému přiblížení se používá tzv. inerciální posuv. Ten funguje podobně, jako když nasazujete kladivo či krumpáč na násadu: V našem případě hrot stojí a pohybujeme stolečkem se vzorkem. Stoleček je ke stativu připevněn tak, že se po něm může se třením pohybovat. Pokud stativem vhodným způsobem trhneme (přivedeme vhodný napěťový impuls na piezokeramika), stoleček se posune tak, jak chceme (řádově o mikrometry). Není třeba dodávat, že zvolit ten správný impuls není nic jednoduchého - tření mezi stativem a vzorkem není příliš dobře definované, na stolek působí gravitační síla, je k němu připevněná řada drátků … A při tom všem je třeba dávat pozor na to, aby vzorek náhodou nenarazil do hrotu a neznehodnotil ho (pro představu výměna hrotu obnáší dny práce). Při samotném měření je hrot od vzorku vzdálen dokonce méně než nanometr. Při těchto parametrech by i nepatrný otřes znamenal srážku. Izolovat aparaturu od okolí tak, aby se nepřenášely ani tak malé otřesy není nic jednoduchého.