自荷蘭博物學家、顯微鏡創制者列文虎克在17世紀次將光線通過透鏡聚焦制成光學顯微鏡并用它觀察微生物以來，顯微鏡就一直是生物學家從事研究工作、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明及其后繼者對顯微鏡技術的不斷改進和發展，人們才能夠對細胞內部錯綜復雜的亞細胞器等結構的形態有了初步的了解。
然而為了更好地理解生命過程和疾病發生機理，生物學研究需要觀察細胞內器官等細微結構的精確定位和分布，闡明蛋白等生物大分子如何組成細胞的基本結構，重要的活性因子如何調節細胞的主要生命活動等，而這些體系尺度都在納米量級，遠遠超出了常規的光學顯微鏡的分辨極限(約為200nm)。
為了解決生命科學研究面臨的一系列難題，超高分辨率顯微技術應時而生，并且一經問世就得到了廣泛的響應。2008年Nature Methods將這一技術列為年度。2014年，美國科學家Eric Betzig，德國科學家Stefan W. Hell，美國科學家William E. Moerner，因他們在超分辨率熒光顯微技術領域取得的成績，獲得了該年度的諾貝爾化學獎。
目前，超高分辨顯微技術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，這些方法技術復雜、系統成本較高，這給推廣應用帶來一定困難。如果人們希望顯微鏡能在生物研究領域發揮重要作用，就必須對其加以改進和提高。
