有些物质，当用紫外线照射时，它吸收了某种波长的光后还会发射出各种颜色和不同强度的光，而当紫外线停止照射后，这种光也随之消失，这种光称为荧光(fluorescence)。荧光的波长比吸收光线的波长要长些。由于物质的分子结构不同，所吸收的光和所发射的荧光波长也不同。被这些物质吸收的光称为激发光，产生的发射光即荧光。荧光的颜色多为红、蓝、绿或黄等。
物质的荧光有两种，一种是自发性荧光，即组织在短波长光照射下自行发射出的荧光。组织中的蛋白质和脂类在紫外线照射下能发射出微弱的淡蓝色荧光。另一种荧光是诱发荧光，即组织与荧光色素结合后，经一定波长的光线照射后发出的荧光。常用的是诱发荧光，能产生荧光的生物染色剂称为荧光染料(或称荧光色素)。
分子都含有电子，电子在不断地运动着。根据量子理论，运动着的电子可以处于一系列不连续的能量状态(即能级)中，电子遵守一定的规则，可以从一个能级向另一个能级跃三．并伴随着与能级差相对应的特定能量的吸收或释放。一般情况下，电子总是处于能量最长的能级(即基态)。在一定的条件下，电子可吸收能量(如光能、热能、电能、机械能等)大跃迁到较高能量级(即激发态)，这个过程叫激发。处于激发态的电子是不稳定的，它总是要跃迁回到基态，并将多余的能量释放出来，跃迁方式可能是辐射跃迁，也可能是非辐射跃迁。以非辐射跃迁时，能量大多转化为热能；而以辐射方式跃迁时，能量转化成相应波长的光，这个过程叫发射。
跃迁到激发态的电子大多处于单重激发态。如果电子直接从单重激发态以辐射方式跃迁到基态，由于单重激发态很不稳定，半衰期很短，发射持续的时间也很短，这种发射光叫荧光，其寿命较短。1838年，Brewster首先描述了荧光现象，但“荧光”一词是由Stokes于1852年提产出的。
光子能量hVEM发射后，返回荧光团基态So。由于在激发态寿命过程中能量损耗，光子能量降低，因此波长比激发态光子hvEx更长。用(hvEX—hvEM)表示的能量或波长的不同称为Stokes移位。Stokes移位是荧光技术敏感性的基础，因为发射光子可在较低的背景下检测，可与激发光子清楚分开。
在高强度照射条件下，激发荧光团的不可逆破坏或光漂白成为限制荧光检测能力的因素。光漂白起源于三重激发态，是从单重态(singletstate)经由称为系统间过渡(intersystemcrossing)的激发态过程产生的。
克服光漂白最有效的方法是使检测敏感性最大化，降低激发强度。检测敏感性通过弱光检测设备，如CCD摄像机、高数值孔径物镜和与满意的信号分离兼容的最宽的发射滤片，可使检测敏感性增强。替换实验中光不稳定性荧光团也有效果。Alexa Fluor 488染料是一种重要的荧光黄替代物，其光稳定性比荧光黄显著提高，而且可与标准荧光黄滤片兼容。抗衰减剂如SlowFade和ProLong产品也可用来降低光漂白作用。
免疫荧光组化技术是根据抗原—抗体反应的原理，先将已知的抗原或抗体标记上荧光素，制成荧光抗体，再用这种荧光抗体(或抗原)作为探针检测组织或细胞内的相应抗原(或抗体)。在组织或细胞内形成的抗原—抗体复合物上含有标记的荧光素，利用荧光显微镜观察标本，荧光素受外来激发光的照射而发生明亮的荧光(黄绿色或橘红色)，可以看见荧光所在的组织细胞，从而确定抗原或抗体的性质、定位，以及利用定量技术测定含量。
用荧光抗体示踪或检查相应抗原的方法称荧光抗体法；用已知的荧光抗原标记物示踪或检查相应抗体的方法称荧光抗原法。这两种方法总称免疫荧光技术，以荧光抗体方法较常用。用免疫荧光技术显示和检查细胞或组织内抗原或半抗原物质等的方法称为免疫荧光细胞(或组织)化学技术。免疫荧光细胞(或组织)化学技术分为直接法、间接法和补体法，以及与亲和化学物质标记荧光素的方法，例如SPA荧光素标记物、生物素与亲和素、植物血凝素荧光素标记物等。
