自荷兰博物学家、显微镜创制者列文虎克在17世纪次将光线通过透镜聚焦制成光学显微镜并用它观察微生物以来，显微镜就一直是生物学家从事研究工作、探寻生命奥秘的利器。正是因为有了列文虎克的这项伟大发明及其后继者对显微镜技术的不断改进和发展，人们才能够对细胞内部错综复杂的亚细胞器等结构的形态有了初步的了解。
 
然而为了更好地理解生命过程和疾病发生机理，生物学研究需要观察细胞内器官等细微结构的精确定位和分布，阐明蛋白等生物大分子如何组成细胞的基本结构，重要的活性因子如何调节细胞的主要生命活动等，而这些体系尺度都在纳米量级，远远超出了常规的光学显微镜的分辨极限(约为200nm)。

为了解决生命科学研究面临的一系列难题，超高分辨率显微技术应时而生，并且一经问世就得到了广泛的响应。2008年Nature Methods将这一技术列为年度。2014年，美国科学家Eric Betzig，德国科学家Stefan W. Hell，美国科学家William E. Moerner，因他们在超分辨率荧光显微技术领域取得的成绩，获得了该年度的诺贝尔化学奖。

目前，超高分辨显微技术虽然能获取很高的空间分辨率，却总是以牺牲时间分辨率为代价。同时，这些方法技术复杂、系统成本较高，这给推广应用带来一定困难。如果人们希望显微镜能在生物研究领域发挥重要作用，就必须对其加以改进和提高。