Das Rastertunnelmikroskop ist ein spezielles, nicht optisches Mikroskop, das auf dem Tunneleffekt beruht und atomare Details von Oberflächen abbildet.
Der Aufbau besteht in einer äußerst feinen Metallspitze, die im Abstand von etwa 1 nm über die abzubildende Oberfläche geführt wird. Legt man zwischen Spitze und Oberfläche eine elektrische Spannung an, „tunneln“ Elektronen durch den energetisch verbotenen winzigen Spalt zwischen Spitze und Oberfläche und es fließt ein sog. Tunnelstrom. Die Stromstärke des Tunnelstroms hängt sehr empfindlich vom Abstand der Spitze von der Oberfläche ab.
Es gibt verschiedene Varianten dieses Messprinzips, so das Rasterkraftmikroskop, dass anstelle eines Tunnelstroms die winzigen Anziehungskräfte zwischen Spitze und Oberfläche misst.