Люминесцентная (флюоресцентная) микроскопия основана на способности некоторых веществ люминесцировать, т.е. светиться при освещении невидимым ультрафиолетовым или синим светом. Цвет люминесценции смещен в более длинноволновую часть спектра по сравнению с возбуждающим ее светом (правило Стокса). При возбуждении люминесценции синим светом цвет ее может быть от зеленого до красного. Если люминесценция возбуждается ультрафиолетовым излучением, то свечение может быть в любой части видимого спектра. Эта особенность люминесценции позволяет при использовании специальных светофильтров, поглощающих возбуждающий свет, наблюдать сравнительно слабое люминесцентное свечение. В осветителе люминесцентного микроскопа используется мощный источник света (ртутно-кварцевая лампа сверхвысокого давления или галогенная кварцевая лампа), излучение которого преимущественно соответствует коротковолновой (ультрафиолетовой, синей) части спектра. Используется система светофильтров: возбуждающие светофильтры пропускают только ту часть спектра, которая возбуждает люминесценцию; теплозащитный светофильтр защищает от перегрева другие светофильтры, препарат и оптику люминесцентного микроскопа. В некоторых отечественных люминесцентных микроскопах теплозащитную функцию, кроме того, выполняет кювета с плоскопараллельными стеклами, заполненная дистиллированной водой. «Запирающие» светофильтры расположены между препаратом и окуляром. Эти светофильтры поглощают возбуждающее излучение и пропускают свет люминесценции от препарата к глазу наблюдателя.