场离子显微术作为一种强大的表面科学研究工具，其发展历程涵盖了多个关键领域。首先，表面原子显像原理是其基础，通过这一原理，科学家们开发了冷场发射高分辨原子探针和深入研究表面原子扩散运动学。早期，有两部原始的场发射和场离子显微镜，后来新增了两部雷射原子探针。这些旧机器经过升级，性能更加强大，最近的表面原子扩散研究也因此得以实现。
人们对物质表面的兴趣源于化学中的表面催化效应，尤其是气体、液体和固体之间的界面，这里会发生许多物理和化学现象。表面科学主要聚焦于晶型固体表面及其与气体和其他固体的相互作用，因为晶体表面是内部晶格周期性中断的结果，这些不参与键结的电子形成独特能带，使表面具有较高的活性和不稳定性。
为了降低表面自由能并达到稳定性，表面原子会重新排列形成不同的构造，这可能导致与吸附原子或分子的化学反应，如氧化、还原和催化。温度、压力、气体浓度的变化会引发一系列动态和热力学现象，如吸附、脱附、扩散、分凝等，这些变化直接影响着表面的结构和组成。因此，场离子显微镜等表面科学研究仪器，其主要任务就是观察和解析物质表面的结构、成分及其随外部条件变化的过程。
场离子显微镜是最早达到原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的显微镜。只是要用FIM看像，样品得先处理成针状，针的末端曲率半径约在2001000埃。工作时首先将容器抽到1.33×10-6Pa的真空度，然后通入压力约1.33×10-1Pa的成像气体例如惰性气体氦。在样品加上足够高的电压时，气体原子发生极化和电离，荧光屏上即可显示尖端表层原子的清晰图像，图象中每一个亮点都是单个原子的像。