自荷蘭博物學(xué)家、顯微鏡創(chuàng)制者列文虎克在17世紀次將光線通過透鏡聚焦制成光學(xué)顯微鏡并用它觀察微生物以來，顯微鏡就一直是生物學(xué)家從事研究工作、探尋生命奧秘的利器。正是因為有了列文虎克的這項偉大發(fā)明及其后繼者對顯微鏡技術(shù)的不斷改進和發(fā)展，人們才能夠?qū)毎麅?nèi)部錯綜復(fù)雜的亞細胞器等結(jié)構(gòu)的形態(tài)有了初步的了解。
 
然而為了更好地理解生命過程和疾病發(fā)生機理，生物學(xué)研究需要觀察細胞內(nèi)器官等細微結(jié)構(gòu)的精確定位和分布，闡明蛋白等生物大分子如何組成細胞的基本結(jié)構(gòu)，重要的活性因子如何調(diào)節(jié)細胞的主要生命活動等，而這些體系尺度都在納米量級，遠遠超出了常規(guī)的光學(xué)顯微鏡的分辨極限(約為200nm)。

為了解決生命科學(xué)研究面臨的一系列難題，超高分辨率顯微技術(shù)應(yīng)時而生，并且一經(jīng)問世就得到了廣泛的響應(yīng)。2008年Nature Methods將這一技術(shù)列為年度。2014年，美國科學(xué)家Eric Betzig，德國科學(xué)家Stefan W. Hell，美國科學(xué)家William E. Moerner，因他們在超分辨率熒光顯微技術(shù)領(lǐng)域取得的成績，獲得了該年度的諾貝爾化學(xué)獎。

目前，超高分辨顯微技術(shù)雖然能獲取很高的空間分辨率，卻總是以犧牲時間分辨率為代價。同時，這些方法技術(shù)復(fù)雜、系統(tǒng)成本較高，這給推廣應(yīng)用帶來一定困難。如果人們希望顯微鏡能在生物研究領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，就必須對其加以改進和提高。