眾所周知，光學顯微鏡是生物學家們深入了解細胞和組織內部微小結構的一雙眼睛。但是，由于光線具有衍射特性，所以無法將光線聚焦到非常小的焦點上。因此一直以來，傳統的光學顯微鏡一直無法分辨兩個距離非常近（這個距離小于觀察波長的一半）的物體，光學顯微鏡的最大分辨率只能達到橫向200納米，縱向600納米。
而電子顯微鏡雖然可以達到納米級的分辨率，但通電的結果容易造成樣品的破壞，因此能觀測的樣本也相當有限。另外一種蛋白質貼上熒光卷標的技術雖然已經較為成熟，但因為蛋白質大分子的理化特性使其容易堆積，很難在顯微鏡下進行觀察。因此急需一種可以對200——750nm大小范圍內的物體進行觀察并且擁有較高的空間分辨率（20nm以下）的顯微鏡。
熒光顯微鏡的基本原理是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(如紫外光3650入或紫藍光4200入)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。
超分辨率熒光顯微鏡的超分辨率來自納米顯微鏡（nanoscopy），納米顯微鏡通過電子束的掃描或者其他方式在CCD上成像，具有高分辨率，快速檢測，使用簡便等特點。因此熒光顯微鏡具有檢出能力高，對細胞刺激小，能進行多重染色等優點。
由于超分辨率技術（super-resolution technique）的發展，顯微鏡的橫向分辨率已經可以達到幾十個納米。超高分辨率的熒光顯微鏡也因為它前所未有的高分辨率在各個領域大顯身手，比如可以用于活體細胞成像研究，可以觀察樹突棘（dendritic spines）等動態的細胞結構，這一科研成果榮膺了《自然方法》（Nature Methods）雜志評選出的2008年年度技術。