荧光显微镜技术主要是用于检测细胞上的特异荧光材料，与普通光学显微镜不同的是荧光显微镜增加了两套滤光片。第一套称为激发光滤片，装在光源和样品之间，只有那些能激发荧光材料发光的特定波长的光才能通过。第二套称为阻断滤片，装在物镜和目镜之间，只让染料所发出的荧光通过。在黑暗背景的衬托下，发出荧光的样品很容易被观察。

荧光显微镜技术包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术。例如，将标记荧光素的纯化肌动蛋白显微注射入培养细胞中，可以看到肌动蛋白分子组装成肌动蛋白纤维。可将产生荧光的绿色荧光蛋白（green fluorescent，GFP）基因与某种蛋白质基因融合，在表达这种融合蛋白的细胞中，便可直接在活体状态下观察到该蛋白在活细胞内的动态变化。不同荧光素的激发波长范围不同，所以同一样品可以用两种以上的荧光素标记，同时显示不同成分在细胞中的定位。