يكشف التصوير الفلوري للجزيئات المفردة عن انبعاثات الجزيئات الفردية، مما يُظهر سلوكها البنيوي والديناميكي، متجاوزًا بذلك قيود القياسات الجماعية التي تحجب عدم تجانس الجزيئات. تدمج هذه التقنية طرائق تصوير متعددة، تشمل المسح النقطي البؤري، والتصوير الفلوري الداخلي الكلي (TIRF)، ونقل طاقة الرنين الفلوري (FRET)، وتقنية PALM/STORM، لتوضيح العمليات الجزيئية الحيوية، مثل طي البروتينات، ونقل المستقبلات، وديناميكيات الأحماض النووية، وقد أصبحت أداة لا غنى عنها في أبحاث علوم الحياة.

نظراً لأن إشارات الجزيئات المفردة ضعيفة بطبيعتها، فإن التجارب تفرض متطلبات صارمة ومتنوعة على نظام التصوير:

● يركز المجهر متحد البؤر ذو المسح النقطي على قمع الخلفية ويستخدم عادة كاشفات PMT أو GaAsP للحصول على الإشارة.

● تعتمد تقنيات الدقة الفائقة مثل PALM و STORM على كاميرات ذات كفاءة كمية عالية وضوضاء منخفضة لتحقيق الحصول على الإشارة على نطاق الميلي ثانية ودقة تحديد الموقع على مستوى النانومتر.

● تتطلب تقنيات التصوير بالانعكاس الداخلي الكلي (TIRF) ونقل طاقة الرنين الفلوري (FRET) وتتبع الجزيئات المفردة تصويرًا عالي الدقة بنسبة إشارة إلى ضوضاء عالية في ظروف الإضاءة المنخفضة، مع القدرة على التقاط ديناميكيات دقيقة تصل إلى أجزاء من الألف من الثانية. كما تتطلب هذه التطبيقات تقليل التبييض الضوئي والسمية الضوئية، مما يفرض متطلبات عالية على حساسية الكاميرا وسرعتها واستقرارها.