原子力显微镜技术主要通过检测探针与样品表面原子间相互作用力进行成像，具有本征高信噪比，是目前实空间具有最高点分辨率的成像技术。由于AFM 对样品本身的理化性质没有特定要求，因此具有很高的普适性，成为广泛应用于研究生物体系复杂结构的重要手段。高信噪比与实空间的高分辨率，使AFM成为直接解析随机分布的复杂生物大分子或组合、细胞乃至组织切片精细结构的最佳候选技术之一。
目前，对于随机分布的复杂生物大分子，要稳定可靠地在在实现1 纳米或小于1 纳米（亚纳米级）的点分辨率，仍然是生物分子精细结构解析面临的巨大挑战。限制常温常压下的AFM 技术获得生物大分子高分辨结构的主要难点来自三个方面：
1）在室温下，AFM 成像时间尺度远长于生物单分子结构本征热涨落特征时间。实际成像所得是多种结构在时间上的平均构象，导致难以获得高分辨结构信息。
2）针尖与生物样品表面的接触作用力较大，改变（甚至破坏）样品的结构和形状。
3）常用的接触成像模式造成探针表面污染，降低针尖的尖锐程度，直接导致低分辨。
世界上首台在常压、接近液氮温度下对生物样品进行成像的原子力显微镜
常压、非真空：相对简单、低成本
大体积液氮，温度稳定
液氮冷阱，有效控制污染
压力控制液氮沸腾，去除机械噪音
前置放大、激光等 低温运行，降低电子 噪音
生物大分子的随机涨落得到抑制（结构稳定）
样品强度增高，探针下的形变与损伤减少
改善成像过程的稳定性、可靠性，提高分辨率
应用Cryo-AFM，对人类免疫球蛋白（IgM）进行了成像研究并解析了它的结构。之前，研究者普遍认为IgM分子是一个平面模型，但是低温原子力显微镜对其成像显示，它是一个中间凸起的结构，这一发现改变了人们对IgM分子的认识。同时，利用与IgM同源的IgE的原子模型，构建出了IgM的高分辨模型。
采用Cryo-AFM得到的肌动蛋白微丝（Actin filaments）高分辨图像，可以清晰的看到一个个单体（monomer），也清晰看到这些微丝分子可自发形成超螺旋结构。
Cryo-AFM获得的红细胞表面的微细结构，为细胞膜的微区结构存在提供了较为直观的证据。
单个C1q 复合物的Cryo-AFM图像。C1q分子构型多样性，对单独头部的角度分析可以提供固有柔性信息，及可同时与IgM 发生相互作用的球形域的数目。迈出了解析C1q 与IgM 相关复合物结构的第一步 。