Binning 등에 의해 1982년에 개발된 장치이다. 끝의 뾰족해진 전극을 시료표면에 원자 크기의 오더(order)까지 가까이 붙이면, 전극 원자의 전자 구름과 시료 원자의 전자 구름이 겹쳐져 터널 전류가 흐른다. 이 터널 전류가 일정해지도록 전극침 위치를 피에조(piezo) 소자를 사용해 컨트롤하고, 컨트롤에 필요한 전압의 크기를 모니터해서 표면의 원자상을 관찰할 수 있다. 대기중과 액체 중에서도 그 자리에서 측정할 수가 있으며, 시료 표면을 원자 크기의 오더로 가공할 수가 있어, 그 후에 개발된 원자간력 현미경(AFM)과 함께 급속하게 응용 범위가 넓어지고 있다.