膜電位イメージングは​​、蛍光性電圧感受性色素または遺伝子組み換え電圧指示薬（GEVI）を用いて、細胞膜電位の動的な変化をモニタリングする手法です。脱分極または再分極によってプローブの蛍光強度またはスペクトルが急速に変化するため、ミリ秒スケールの電気信号を光学的に検出することが可能です。この技術は、単一細胞や神経ネットワークの電気活動を非侵襲的に観察できる方法を提供します。

このような実験は通常、広視野蛍光イメージング、二光子イメージング、ライトシートイメージング、またはその他の高速イメージングプラットフォームを用いて行われます。これらの実験では、ミリ秒スケールでの急速な膜脱分極および再分極イベントに対応する、わずか数パーセント（ΔF/F）の蛍光変化を検出しながら、細胞内空間の精度が求められます。したがって、イメージングシステムは、超高時間分解能、優れた信号対雑音比、および興奮性細胞や神経ネットワークの長時間の記録中に光毒性を最小限に抑えるための光安定性を兼ね備えている必要があります。