场离子显微镜（Field Ion Microscope, FIM）是在20世纪50年代诞生的先进技术，它以原子级分辨率直接成像样品表面的原子排列和缺陷。FIM的核心优势在于直接观察表面原子，但其局限性在于只能研究分布均匀且密度较高的样品结构，因为有限的原子参与成像，对于分布不均或密度较低的区域，观察效率较低。此外，成像过程中，样品承受极高的应力，可能导致组织结构变化，如位错产生、空位形成或样品破裂等问题。
FIM的成像过程相当复杂：首先，将样品处理成针状，末端曲率半径需在200到1000埃之间，置于真空环境，并冷却至液态氮温度以下。接着，加入成像气体（如He、Ne或Ar），在高正压下使气体离子解离并加速到接收器，通过放大电子信号，形成原子亮点在荧光屏幕上显现。FIM的发展源于Field Emission Microscope（FEM），后者通过负高压释放电子成像，但分辨率较低。而FIM通过使用成像气体和正高压，提高了分辨率，使其成为原子级成像的重要工具。
虽然SEM（扫描电子显微镜）和STM（扫描隧道显微镜）等其他原子解析显微镜相继出现，但FIM在研究单独原子或原子团在特定表面的动态过程等方面仍然具有独特优势。尽管技术不再独占，但FIM在许多研究和实验中仍不可或缺，尤其是在对微观结构变化的深入探究中。
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。