El uso de la luz para estudiar sistemas biológicos empezó con la observación visual de organismos vivos. Desde los primeros microscopios, los instrumentos ópticos han avanzado hasta los dispositivos de fluorescencia más modernos. En la actualidad existe un gran interés en el uso de la luz como herramienta no solo para observar, sino también para manipular procesos biológicos. Este nuevo enfoque se enmarca en la tendencia hacia una investigación biomédica cuantitativa y predictiva, que requiere ir más allá de la mera descripción de los procesos fisiológicos y fisiopatológicos, hasta su alteración voluntaria, sea con la intención de verificar hipótesis sobre su funcionamiento o con fines terapéuticos.

Para ambos propósitos (observación y manipulación), la luz ofrece múltiples ventajas técnicas: atraviesa con facilidad numerosos tejidos sin alterarlos (no es invasiva), proporciona una elevada resolución espacial (subcelular) y temporal (de milésimas de segundo o menos), y permite introducir elementos que interaccionen con la luz de forma específica (estructuras fotosensibles) y sin perjuicio para el uso de otras técnicas.