Fluorescenční zobrazování jednotlivých molekul detekuje emisi z jednotlivých molekul a odhaluje jejich strukturální a dynamické chování, čímž překonává omezení měření souborů, která zakrývají molekulární heterogenitu. Tato technika integruje více zobrazovacích modalit – včetně bodového skenování konfokální metody, TIRF, FRET a PALM/STORM – k objasnění kritických molekulárních procesů, jako je skládání proteinů, transport receptorů a dynamika nukleových kyselin, a stala se nepostradatelným nástrojem ve výzkumu v oblasti biologických věd.

Protože signály jednotlivých molekul jsou ze své podstaty slabé, kladou experimenty na zobrazovací systém přísné a rozmanité požadavky:

● Bodová skenovací konfokální mikroskopie klade důraz na potlačení pozadí a pro snímání signálu obvykle používá detektory PMT nebo GaAsP.

● Techniky s vysokým rozlišením, jako jsou PALM a STORM, se spoléhají na kamery s vysokou kvantovou účinností a nízkým šumem, aby dosáhly snímání signálu v milisekundovém měřítku a přesnosti lokalizace na nanometrové úrovni.

● TIRF, FRET a sledování jednotlivých molekul vyžadují vysoký poměr signálu k šumu při slabém osvětlení a zároveň zachycují milisekundovou dynamiku. Tyto aplikace také vyžadují minimalizaci fotovybělování a fototoxicity, což klade vysoké nároky na citlivost, rychlost a stabilitu kamery.