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。 對被檢物體來說，熒光產生方式有兩種：自發熒光，經過紫外照射直接發出熒光；繼發熒光，被觀察物體經過熒光染料處理之后，經過紫外光照射才能發出熒光。 細胞中有些物質，如葉綠素等，受紫外線照射后產生自發熒光；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出繼發熒光。 熒光顯微鏡利用一個高發光效率的點光源，經過濾色系統發出一定波長的光（紫外光365nm或紫藍光420nm）作為激發光、激發標本內的熒光物質發射出各種不同顏色的熒光后，再通過物鏡和目鏡的放大進行觀察。 這樣在強烈的對襯背景下，即使熒光很微弱也易辨認，敏感性高，主要用于細胞結構和功能以及化學成分等的研究。

熒光顯微鏡分為透射式和落射式兩類，前者較為原始，后者較為*。 兩類熒光顯微鏡的基本構建相似，主要區別為：透射式的激發光透過標本，標本整體產生熒光，熒光再進入物鏡，放大倍數越高，熒光越弱；落射式的激發光投射在標本表面，標本表面產生熒光，熒光再進入物鏡，放大倍數越高，熒光越強，適于進行高倍觀察。 熒光顯微鏡主要構件有汞燈光源、激發濾板、分色鏡（落射式）、壓制濾板、暗場聚光鏡（透射式）等。此外，由于汞燈發熱嚴重，大多還裝有吸熱濾鏡。 部分熒光顯微鏡還有相差物鏡和環狀光闌，因此可以進行相差觀察。 還有的熒光顯微鏡采取倒置構架，又是倒置顯微鏡，等等。

此外，上述顯微鏡都可以通過安裝CCD組裝成數碼顯微鏡，它是將顯微鏡看到的實物圖像通過數模轉換，使其成像在計算機上。 從而，我們可以對微觀領域的研究從傳統的普通的雙眼觀察到通過顯示器上再現，從而提高了工作效率。