免疫熒光是根據抗原抗體反應的原理，先將已知的抗原或抗體標記上熒光素，再用這種熒光抗體(或抗原)作為探針檢查細胞或組織內的相應抗原(或抗體)。在細胞或組織中形成的抗原抗體復合物上含有標記的熒光素，熒光素受激發光的照射，由低能態進入高能態，而高能態的電子是不穩定的，以輻射光量子的形式釋放能量后，再回到原來的低能態，這時發出明亮的熒光(黃綠色或桔紅色)，利用免疫熒光顯微鏡可以看見熒光所在的細胞或組織，從而確定抗原或抗體的性質和定位，以及利用定量技術測定含量。
常用于免疫熒光組織化學染色的熒光素有：異硫氰酸熒光素、四甲基異硫氰酸羅丹明、四乙基羅丹明、得克薩斯紅、藻紅蛋白、花青類等。此外還有一些新型熒光染料，如量子點。
(1)異硫氰酸熒光素：FITC性質穩定，易溶于水和乙醇，能與蛋白質結合，是檢測組織細胞內蛋白質zui常用的熒光探針。它還能標記抗體，可用于免疫組織化學單染或多重染色。缺點是在光照下易淬滅，易受自發熒光影響。zui大激發光波長為490nm；zui大發射光波長為525nm，呈現黃綠色熒光。
(2)四甲基異硫氰酸羅丹明：該熒光素能與細胞內蛋白質結合，比FITC穩定性好，在生理條件下對pH值變化不敏感，熒光強度受自發熒光干擾小。zui大激發光波長為550nm；zui大發射光波長為620nm，呈橙紅色熒光，與FITC發出的黃綠色熒光對比鮮明，常用于免疫熒光組織化學雙重染色。
(3)四乙基羅丹明(RB200)：能與細胞內蛋白質結合，不溶于水，易溶于乙醇和丙酮，性質穩定，可長期保存，廣泛應用于雙標記示蹤染色。zui大激發光波長為570nm，zui大發射光波長為595-600nm，呈橙紅色熒光。
(4)花青類染料：常用的有Cy3、Cy5等，能與細胞內蛋白質結合。這類染料的熒光特性與傳統熒光素類似，但水溶性和對光穩定性較強，熒光量子產率較高，對pH等環境不敏感。常用于多重染色。Cy3zui大激發光波長為570nm，zui大發射光波長為650nm，呈綠色熒光。但是，在綠光光譜波長激發下，Cy3也可出現紅色熒光。Cy5的zui大激發光波長為649nm，zui大發射光波長為680nm，呈紅色熒光。由于Cy5的zui大發射波長為680nm，很難用裸眼觀察，而且不能使用高壓汞燈作為理想的激發光源，因此，使用普通熒光顯微鏡時，不推薦使用Cy5。通常觀察Cy5時需使用激光掃描共聚焦顯微鏡。
(5)乙酸甲酯：其本身不發熒光，但透膜進入細胞質后，在酯酶的作用下轉變為具有熒光特性的乙酸甲酯。其激發光譜有pH依賴性，是使用zui多的細胞內pH熒光指示劑。zui大激發光波長為505nm，zui大發射光波長為530nm，呈綠色熒光。
(6)Indo-1：是典型的雙發射熒光探針。無鈣時在485nm左右有發射峰，結合鈣后，則在405nm處有發射峰，兩者的比值與細胞內游離鈣離子濃度成線性關系，將此比值與標準曲線相比即可得出細胞內游離鈣濃度，因此，可利用此探針定量檢測細胞內游離鈣離子濃度。zui大激發光波長為330/346nm，zui大發射光波長為405/485nm，呈紫色(405nm)或青色(485nm)熒光。
(7)量子點：是近年來研制的一種新型熒光染料，又稱半導體納米晶體，是由幾百或幾千個納米級顆粒構成的半導體材料，性質穩定，溶于水，細胞本身不能合成和組裝。量子點具有熒光時間長、產生多種顏色、檢測方便和應用范圍廣等優點。當某一波長的激發光對多種大小不同的量子點進行照射時，可以同時觀察到多種顏色，因而可同時進行多個目標的觀察和檢測。量子點可與抗體、鏈霉親和素等多種分子進行耦聯，檢測靶分子的分布和功能。
