荧光显微镜用于研究应用的荧光显微镜都是基于一套光学滤光片而工作：
一个激发滤光片
一个分束片
一个发射滤光片
这些过滤片通常是一起插在滤光块（复合显微镜）或在一个扁平的盛放器（主要是立体显微镜）中。
激发滤光片会选择波长来激发标本内一个特定的染料，发射滤光片作为一种质量控制，只让特定的荧光团发射的波长通过。二向分色镜是用来反射激发带中的光并在发射带中传递光，从而产生经典的荧光入射光。
荧光是生物和分析显微镜中最常用的物理现象之一，主要是因为它具有灵敏度高、特异性强的特点。荧光是冷发光的一种形式。
荧光显微镜甚至允许用户决定单个分子种类的分布、数量及其在细胞内的位置。可以实现共区域化和相互作用的研究，离子浓度以及观察细胞内间的胞吞和胞吐过程。
借助超分辨率荧光显微镜，甚至可以成像亚分辨率结构。
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