Zur Darstellung der Materie auf der Nanometerskala sind spezielle Mikroskope notwendig. NanomaterialienObjekte, Verbunde oder Strukturen mit Abmessungen von 1-100 Nanometern in mindestens einer Dimension. sind zu klein, um mit gewöhnlichen Mikroskopen (z.B. Lichtmikroskop) erkannt zu werden. Um die Nanodimension bildlich darzustellen, werden daher Rastersondenmikroskope (engl. Scanninc Probe Microscope SPM) eingesetzt. 

Bei den Rastersondenmikroskopen fährt ein winziger Fühler (genannt „Sonde“) in einem vordefinierten Bereich (gennant "Raster") über ein NanomaterialObjekte, Verbunde oder Strukturen mit Abmessungen von 1-100 Nanometern in mindestens einer Dimension. (genannt "Probe"). Zwischen dem Material und der Spitze des Fühlers wirken bestimmte Kräfte. Diese Kräfte werden vom Fühler wahrgenommen und gemessen. Der Fühler misst an allen Punkten innerhalb des vordefinierten Bereichs die Kraft zwischen Fühler-Spitze und Probe. Dadurch entsteht ein Kräfte-Muster, welches von einem Computer in ein Bild umgerechnet wird.

Es gibt verschiedene Arten von Rastersondenmikroskopen. Diese unterscheiden sich in der Art der Kräfte, die zwischen NanomaterialObjekte, Verbunde oder Strukturen mit Abmessungen von 1-100 Nanometern in mindestens einer Dimension. und Mikroskop-Fühler entstehen. Die zwei für die Nanotechnologie wichtigsten Mikroskope sind das Rastertunnel- und das Rasterkraftmikroskop.

Rastertunnelmikroskop

Beim Rastertunnelmikroskop (engl. Scanning Tunneling Microscope RTM) wird zwischen der Spitze des Fühlers und der Proben-Oberfläche eine elektrische Spannung angelegt. Die Spannung führt dazu, dass zwischen der Probe und dem Fühler ein Strom fliessen kann, der sogenannte Tunnelstrom. Der Abstand zwischen der Spitze des Fühlers und der Proben-Oberfläche beträgt wenige Nanometer1 Nanometer (nm) = 1 milliardstel Meter (m). Die Stromstärke des Tunnelstroms ändert sich bei kleinsten Veränderungen dieses Abstandes.

Unebenheiten der Proben-Oberfläche wirken sich auf den Abstand aus. Durch Messung der Stromstärke kann nun an jedem Punkt im vordefinierten Bereich der Abstand bestimmt werden. Im Computer entsteht so ein Bild, das die Oberflächenstruktur der Probe beziehungsweise des NanomaterialsObjekte, Verbunde oder Strukturen mit Abmessungen von 1-100 Nanometern in mindestens einer Dimension.  darstellt. 

Mit der Erfindung des Rastertunnelmikroskops wurde der Grundstein für die Entwicklung weiterer Rastersondenmikroskope gelegt. Erfunden wurde das Rastertunnelmikroskop am IBM Forschungsinstitut in Rüschlikon von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer. Sie erhielten dafür 1986 den Nobelpreis.