Obwohl es ohne weiteres möglich ist, mit dem Rastertunnelmikroskop sogar einzelne Atome abzubilden, muss sich der Experimentator jedes Mal fragen, was er auf seinem mikroskopierten Bild wirklich sieht. Genaugenommen misst ein Rastertunnelmikroskop, wie viel Elektronen einer bestimmten Energie auf einem winzigen Ausschnitt der Probenoberfläche zu finden sind - die sogenannte lokale Zustandsdichte (LDOS, engl.: local density of states). Das Rastertunnelmikroskop erfasst daher keine atomaren Berg- und Tallandschaften

(Topographie), sondern die elektronischen Eigenschaften einer Oberfläche. Ein einzelnes Sauerstoffatom auf der Oberfläche eines Wolframkristalls wird unter dem Rastertunnelmikroskop zum Beispiel nicht als "Berg", sondern als ein Vertiefung sichtbar.

In vielen Fällen gibt die Abbildung eines Rastertunnelmikroskops die Topographie der Oberfläche allerdings recht gut wieder. Das gilt insbesondere dann, wenn die Probe aus nur einer Sorte Atome oder Moleküle besteht.

Eine mit Stickstoffionen beschossene Kupferoberfläche, Aufnahme mit einem Rastertunnelmikroskop

Für die Grundlagenforschung sind die Eigenschaften eines Materials oft viel wichtiger als seine Topographie. Ein Rastertunnelmikroskop "sieht" die elektronischen Zustände der untersuchten Probe und diese stehen in direktem Zusammenhang mit diversen Materialeigenschaften, wie elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, chemischer Aktivität und dem Magnetismus.

In der Elektronik werden zum Beispiel Halbleitermaterialien absichtlich mit Fremdatomen "verschmutzt". Diese sogenannte Dotierung ist ein statistischer Prozess, das heißt die Fremdatome sind zufällig im Material verteilt. Mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie lässt sich erstmals genau sehen, wo sich einzelne Dotieratome im Halbleiterkristall befinden, sogar dann, wenn sie mehrere Atomlagen unter der Oberfläche liegen. Die atomar genaue Bestimmung eines solchen "Dotierprofils" wird um so wichtiger, je kleiner elektronische Bauteile werden.

Wie ein Berggipfel erhebt sich das elektronische Signal eines Dotieratoms über das der einzelnen Atome einer Halbleiteroberfläche