Daha henüz 30 yıl öncesine kadar atomsal ölçüdeki bir madde üzerindeki çıkıntıları ve olukları görebilmek imkansız olarak algılanıyordu. Ardından 1981 yılında Gerd Karl Binnig ve Heinrich Rohrer, işte tam da bunu başarabilen taramalı tünelleme mikroskobu icat etti.
İngilizce'de scanning tunneling microscope (STM) olarak bilinen bu mikroskop, sıradan mikroskoplara oranlar küçük benzerlikler göstermektedir. Düşük ısıda ve bir vakum içerisinde çalışan taramalı tünelleme mikroskobu, ucu sadece tek bir atomun genişliği kadar olan çok küçük bir iğne barındırmaktadır. Bu iğne, üzerinde çalışılan nesneye oldukça yaklaşabilmektedir. Bu iğne, nesneleri "görmekten" ziyade onları "hissedebilmektedir" zira iğnenin boyutu, ışığın dalgaboyundan daha küçüktür.
Taramalı tünelleme mikroskobu, kuantum mekaniğinde bilinen "elektron tünelleme" yöntemini kullanmaktadır. Bu yöntemde elektronlar, atomlar arasındaki küçük boşluklar arasından, tıpkı bir "tünelden" geçer gibi geçebilmektedir. Metal gibi elektriği iletebilen maddelerde elektronlar, bir atomdan diğerine geçiş yapabilmektedirler. Eğer bu mikroskop üzerindeki iğnenin ucu üzerinde çalışılan maddeye yeteri kadar yaklaşabilirse, o zaman elektronlar, metal yüzeyden iğnenin ucuna doğru geçiş yapmaya başlar ve bu sayede iğne, madde yüzeyi üzerindeki girinti ve çıkıntıları algılayabilir. Tüm bunların sonucunda molekül, nanometre seviyesinde resimlenebilir (bir nanometre, bir metrenin milyarda biri, ya da üç atomun genişliğine eşittir).
Taramalı tünelleme mikroskobunda bulunan iğne sayesinde bilim insanları, atomlar üzerine elektrik akımı uygulayarak atomların yerini değiştirebilmektedir. Atomu oluşturan elektronları çeken bu iğne, daha sonra bu elektronların yerini değiştirebilir. 1990 yılında bu yöntem sayesinde dünyanın en küçük markalaştırma girişimi gerçekleştirildi. IBM, logosunu by sayede nikel bir levhada bulunan otuz beş adet ksenon atomun üzerine basmıştır.
Yine aynı şekilde IBM, 2012 yılında sadece atomları hareket ettirerek "dünyanın en küçük filmi"ni yaptı. Bir Çocuk ve Atomu (A Boy and His Atom) adındaki bu film, atomları ile oynayan bir çocuğu görüntülemekte ve filmdeki çocuk ve atomları, gerçek atomların hareket ettirilmesi ile hazırlanmıştır.
Gerd Karl Binnig ve Heinrich Rohrer, taramalı tünelleme mikroskobu alanında yaptıkları çalışmaları sebebiyle 1986 yılında Nobel Ödülü'ne layık görüldü.