Jak żaden inny instrument przed nim, wynalazek Binniga i Rohrera umożliwił naukowcom wizualizację świata aż do jego cząsteczek i atomów. STM otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1986 roku i jest powszechnie uważany za instrument, który otworzył drzwi do nanotechnologii i szerokiego zakresu badań w dziedzinach tak różnych jak elektrochemia, nauka o półprzewodnikach i biologia molekularna.
StM wyrósł ze współpracy dwóch naukowców, którzy chcieli przesunąć granice odkryć. Binnig i Rohrer, pracujący razem w Laboratorium Badawczym IBM w Zurychu w późnych latach 70-tych, mieli doświadczenie w nadprzewodnictwie i byli zafascynowani badaniem powierzchni atomowych – tematem niezwykle złożonym, który wprawiał naukowców w zakłopotanie ze względu na odrębne cechy powierzchni. Jednak ich poszukiwania były ograniczone przez stan istniejących narzędzi. Żadna istniejąca technologia nie pozwalała naukowcom na bezpośrednie badanie struktury elektronicznej powierzchni i niedoskonałości.
Zwykły mikroskop, który wykorzystuje soczewki optyczne, mógł oglądać obiekty mniejsze niż długość fali światła. Mikroskop elektronowy mógł oglądać mniejsze rzeczy z większą przejrzystością niż mikroskop optyczny, ale nadal nie mógł wyraźnie zobaczyć pojedynczych atomów.
Więc Binnig i Rohrer postanowili zbudować swój własny instrument – coś nowego, co byłoby w stanie zobaczyć i manipulować atomami na poziomie nanoskali. Aby to zrobić, zaczęli eksperymentować z tunelowaniem, zjawiskiem kwantowym, w którym atomy uciekają z powierzchni ciała stałego tworząc rodzaj chmury, która unosi się nad powierzchnią; kiedy zbliża się inna powierzchnia, jej chmura atomowa nakłada się na siebie i następuje wymiana atomów.
Poprzez manewrowanie ostrą metalową końcówką przewodzącą nad powierzchnią próbki w bardzo małej odległości, Binnig i Rohrer odkryli, że ilość prądu elektrycznego płynącego pomiędzy końcówką a powierzchnią może być mierzona. Zmiany w tym prądzie mogą dostarczyć informacji o wewnętrznej strukturze i wysokości powierzchni. Na podstawie tych informacji można by stworzyć trójwymiarową mapę powierzchni próbki w skali atomowej.
W styczniu 1979 roku, Binnig i Rohrer złożyli swój pierwszy patent na STM. Wkrótce potem, z pomocą Christopha Gerbera, rozpoczęli projektowanie i budowę samego mikroskopu.
Podczas pierwszych kilku miesięcy pracy nad STM, obaj wynalazcy musieli dokonać szeregu poprawek w swoim oryginalnym projekcie, aby móc precyzyjnie wykonywać pomiary w tak maleńkiej skali. Zmiany te doprowadziły do zmniejszenia wibracji i hałasu; bardziej precyzyjnej kontroli położenia i ruchu końcówki skanującej; oraz poprawy ostrości samej końcówki sondy.
Pierwszy ich eksperyment dotyczył struktury powierzchni kryształu złota. Uzyskane obrazy pokazały rzędy precyzyjnie rozmieszczonych atomów i szerokie tarasy oddzielone stopniami o wysokości jednego atomu. „Nie mogłem przestać patrzeć na te obrazy” – powiedział Binnig w swoim wykładzie noblowskim o tych pierwszych eksperymentach. „To było wejście w nowy świat.”
Więcej udoskonaleń mikroskopu poprawiło precyzję konstrukcji mechanicznej i zaowocowało coraz wyraźniejszymi obrazami. Wkrótce znaczenie wynalazku Binniga i Rohrera zaczęło docierać do naukowców na całym świecie, którzy nagle po raz pierwszy uzyskali dostęp do nanoskalowego świata pojedynczych atomów i cząsteczek.
Ponieważ STM mógł być również używany do popychania i ciągnięcia pojedynczych atomów, po raz pierwszy człowiek mógł manipulować tak małymi obiektami.
Przyznając Binnigowi i Rohrerowi Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki zaledwie pięć lat po zbudowaniu pierwszej STM, komitet noblowski stwierdził, że wynalazek ten otworzył „zupełnie nowe pola… do badania struktury materii”.
Przełomowy wynalazek Binniga i Rohrera był punktem wyjścia dla badań w nanotechnologii – dziedzinie, której IBM stał się pionierem. Dzięki wysokiej rozdzielczości obrazowania i szerokim możliwościom zastosowania, STM znalazł wiele zastosowań w dziedzinie fizyki, chemii, inżynierii i materiałoznawstwa.
Mikroskop sił atomowych (AFM), potomek STM, opracowany przez Binniga w 1986 roku, zapoczątkował nową dziedzinę mikroskopii, umożliwiając obrazowanie materiałów, które nie przewodzą prądu elektrycznego. Oprócz AFM, skaningowy mikroskop tunelowy Binniga i Rohrera dał początek całej rodzinie powiązanych instrumentów i technik, które zrewolucjonizowały nasze możliwości oglądania, badania i manipulowania powierzchniami i materiałami, które wcześniej nie były możliwe do zaobserwowania.