Zur Abbildung der Oberfläche wird eine sehr spitze Nadel aus elektrisch leitendem Material, zB Titan, Wolfram, Platin oder Gold, über die Probe geführt. Um ein Bild zu bekommen, wird die Nadel Zeile für Zeile über das gesamte Objekt bewegt (rastern oder scannen). Die Spitze der Nadel muss so fein sein, dass jedem Atom der Probe nur wenige Atome der Nadelspitze gegenüber stehen.

1. Wenn die Nadel immer in der gleichen Distanz zum Objekt gehalten wird, dann ändert sich die Amplitude des Tunnelstroms entsprechend der Oberflächenbeschaffenheit der Probe. Aus der Oberfläche hervorstehende Strukturen verkleinern den Spalt zwischen Objekt und Nadel und lassen den Tunnelstrom ansteigen. Tiefer liegende Strukturen vergrößern die Spaltweite und reduzieren den Tunnelstrom.
   
   
2. Sehr unebenen Oberflächen: die Spaltbreite zwischen Objekt und Nadelspitze wird dabei überall konstant gehalten. Dazu wird an jeder Stelle der Tunnelstrom gemessen und an eine Steuereinheit geleitet, die die Nadel vertikal bewegen kann und so lange verschiebt, bis der Tunnelstrom einen vorgegebenen, für alle Oberflächenpunkte gleichen, Wert hat. Gleicher Tunnelstrom bedeutet aber gleiche Spaltbreite an allen Oberflächenpunkten; die Nadel folgt also der Oberflächenstruktur.