物理学家使用原子力显微镜（AFM）获得极小物质的“图像”。原子力显微镜在本质上是一种微型机械探头，探头在样本表面移动，发射出的光束的移动被记录下来，并转换为样本表面的可见图像（或剖析图）。

通过把原子力显微镜与触觉设备连接，操作人员可以直观地控制显微镜探头的移动。操作人员手部的动作会被缩小数百万倍，并施加到探头上。光束可以对无穷小力作出反应，光束的偏差会被放大数百万倍，然后反馈到操作人员的手部。

这种触觉纳米操纵系统可以让操作人员感应到操作过程中样本的实际运动。不同的操作模式适用于不同的应用领域，例如：碳纳米管采用接触式纳米操控；硅颗粒采用非接触式操控。除了纳米操控本身，触觉纳米操纵系统还可以记录操控过程中的全部信号，便于对纳米力学实验进行量化解析。