Ce couplage utilise la période de contact entre la pointe et l'échantillon pour acquérir la déformation mécanique du levier causée par la dilatation thermique induite par l'émission d'impulsions infrarouge. Les longueurs d'onde absorbées permettent de remonter à la nature de la liaison et ainsi à la composition chimique de l'échantillon.
Dans le domaine de la biologie, l'AFM-IR permet d'effectuer une spectroscopie chimique au niveau sub-cellulaire, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l'analyse des tissus humains et des microorganismes. Elle trouve également des applications dans l'étude des polymères et d'autres matériaux.