荧光显微镜应用广泛，特异性强。各种技术可以解决不同的问题，甚至可以避开恩斯特-阿贝（Ernst Abbe）所描述的衍射极限。

分子物种的定位可通过细胞器（如细胞骨架或细胞膜）的共同染色来确定。共焦激光扫描显微镜（CLSM）可以在没有焦平面外部信号的情况下观察样本区域，并可进行光学切片。全内反射（TIRF）显微镜是一种可以观察靠近细胞表面的薄区域的技术。蒸发场可激发该区域的荧光素。

光漂白后荧光恢复（FRAP）是一种观察分子物种动态的技术。限定区域内的荧光团被光漂白，未被光漂白的分子扩散到该区域的情况可以被测量出来。可以利用荧光能量转移（FRET）显微镜进行相互作用研究。激发的供体发色团可将能量转移到受体荧光色团并激发它。这只有当两者非常紧密地结合在一起时才有可能。如果这些染料耦合到不同的蛋白质上，那么只有当蛋白质相互作用时，它们才能传递能量并发出荧光。

亚分辨率成像技术包括受激发射损耗（STED）显微镜、地态损耗（GSD）显微镜、单分子和地态损耗显微镜（GSDIM）以及光激活定位显微镜（PALM）和随机光学重建显微镜（STORM）。这些技术所使用的亚分辨率显微镜也被称为纳米显微镜，因为它们能分辨纳米尺度的图像。