荧光显微镜技术是目前在光镜水平对特异蛋白质等生物大分子定性定位研究的最有力工具之一。荧光显微镜技术主要是用于检测细胞上的特异荧光材料，与普通光学显微镜不同的是荧光显微镜增加了两套滤光片。第一套称为激发光滤片，装在光源和样品之间，只有那些能激发荧光材料发光的特定波长的光才能通过。第二套称为阻断滤片，装在物镜和目镜之间，只让燃料所发出的荧光通过。在黑暗背景的衬托下，发出荧光的样品很容易被观察。
荧光显微镜技术包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术。例如，将标记荧光素的纯化肌动蛋白显微注射入培养细胞中，可以看到肌动蛋白分子组装成肌动蛋白纤维。可将产生荧光的绿色荧光蛋白基因与某种蛋白质基因融合，在表达这种融合蛋白的细胞中，便可直接在活体状态下观察到该蛋白在活细胞内的动态变化。不同荧光素的激发波长范围不同，所以同一样品可以用两种以上的荧光素标记，同时显示不同成分在细胞中的定位。