荧光显微镜的一个基本原理是在荧光剂的帮助下对细胞成分进行高度特异性的可视化。这可以是一种荧光蛋白——例如 GFP——在基因上与感兴趣的蛋白质相关联。如果克隆是不可能的——例如在组织学样本中——使用免疫荧光染色等技术来可视化感兴趣的蛋白质。为此，使用了与不同荧光染料连接并直接或间接与适当目标结构结合的抗体。在荧光染料的帮助下，荧光显微镜不仅限于蛋白质，还可用于检测核酸、聚糖和其他结构。甚至可以使用特定应用的各种活细胞染料，这些染料允许使用细胞器选择性染色（例如 ER、线粒体、高尔基体）或功能测定（例如，例如活细胞追踪、标记、细胞增殖或活死细胞测定，其中荧光是读出方式。甚至可以检测到钙离子等非生物物质。