铁电畴的PFM成像机制主要来源于压电响应衬度及静电力衬度两方面，通过光探测器测量由导电探针诱导的样品局域振动振幅与相位予以实现。利用导电探针检测铁电压电材料在交变电场作用下，因逆压电效应所产生的伸长、收缩、剪切等压电振动信息，实现铁电压电材料纳米铁电畴成像、纳米极化动力学和纳米机电特性原位表征等。其响应信号与探针、微悬臂材料种类及其弹性常数相关，同时也与实验参数（针尖半径、作用力、针尖接触面积等）密切关联。PFM针尖交变电压在样品中所产生的电场作用深度为铁电畴的响应深度，也是PFM的纵向灵敏度，该参量主要与材料的介电系数和接触面积/样品厚度比相关。PFM分辨率决定了所能探测的最小铁电畴尺寸，它取决于多方面因素，包括PFM探针直径、针尖与样品之间的接触面积、相互作用体积、接触力及针尖特性，其最高横向分辨率约为8～10纳米。

通过导电探针对铁电材料施加偏压或应力，可诱导材料局域铁电极化反转，实现铁电材料纳米极性的调控。

在导电探针扫描过程中，按照模板设计施加预先设定的不同极性针尖电压或不同大小应力，可实现在材料中写入特定图案化铁电畴结构。通过导电探针对铁电材料施加系列强度逐渐递增/递减的直流矩形波电压，并施加交流电压诱导并测量材料压电振动，可获得压电振动幅度与相位随直流电压强度变化的蝴蝶曲线和电滞回线（即极化反转谱），从而可确定材料局域矫顽强度及其随电压频率的变化规律，并可研究纳米铁电畴成核与反转行为。

PFM可应用于铁电薄膜、陶瓷、单晶等铁电压电功能材料纳米铁电畴结构的高分辨显微成像、纳米极化动力学以及纳米尺度机电特性表征等，也可应用于多铁材料（如BiFeO₃外延薄膜、PZT-CFO复合薄膜）铁电畴结构及其演化、铁电反转和局域磁电耦合性能原位表征，骨头、牙齿、贝壳、动脉血管壁及其胶原蛋白和弹性蛋白等生物组织中压电性、极性反转与生物功能关联研究。

在一阶线性压电响应原位表征基础上，PFM技术将应用于更加普遍的二阶非线性静电作用和电致伸缩效应等力电耦合响应原位表征，并将与导电原子力显微镜技术、扫描探针声学技术及热学技术等，实现纳米结构及其机电、弹性和热学等综合物理性能评价。同时，基于PFM技术原理发展的电化学应变原子力显微术（ESM）以及基于热应力驱动离子运动原理最新发展的扫描热离子显微术（STIM），将在锂离子电池和固体燃料电池中获得深入应用。