熒光顯微鏡用于研究細胞內物質的吸收、運輸、化學物質的分布及定位等。細胞中有些物質，如葉綠素等，受紫外線照射后可發熒光；另有一些物質本身雖不能發熒光，但如果用熒光染料或熒光抗體染色后，經紫外線照射亦可發熒光，熒光顯微鏡就是對這類物質進行定性和定量研究的工具之一。

　　熒光顯微鏡技術包括免疫熒光技術和熒光素直接標記技術。例如，將標記熒光素的純化肌動蛋白顯微注射入培養細胞中，可以看到肌動蛋白分子組裝成肌動蛋白纖維。可將產生熒光的綠色熒光蛋白基因與某種蛋白質基因融合，在表達這種融合蛋白的細胞中，便可直接在活體狀態下觀察到該蛋白在活細胞內的動態變化。不同熒光素的激發波長范圍不同，所以同一樣品可以用兩種以上的熒光素標記，同時顯示不同成分在細胞中的定位。

　　還有一種反卷積處理技術，是一種應用于沿光學（Z）軸獲取的一組全聚焦圖像的算法，以增強對于給定圖像平面或多個焦平面圖像疊加中的光子信號。顯微鏡必須配備高精度的電動聚焦驅動器，以保證在樣品的焦平面之間以精確定義的間隔進行圖像采集。在一個典型的應用中，反卷積處理被用于去模糊以及從*焦平面上去除使用寬場熒光激發和發射聚焦外的光。反卷積過程是將焦平面上方和下方發射的光子產生的“模糊”強度重新分配給原始平面。因此，反卷積幾乎使用了所有可用的發射強度，并提供了較佳的光預算，從而使這項技術成為非常光敏的樣品的選擇方法。