一个分子一次吸收一个光子从基态跃迁至激发态，当受高光子密度入射光激发，一个分子一次可吸收多个光子，即多光子激发。多光子激光扫描显微镜，基于多光子激发原理制造而成，属于高端荧光显微镜，具有成像穿透深度深、光学切片能力强、三维分辨率高等特点，样本观察能力更为优秀。
多光子激光扫描显微镜是在激光扫描共聚焦显微镜的基础上发展而来，1997年，美国伯乐（Bio-Rad）推出全球首台双光子激光扫描显微镜，此后，多光子激光扫描显微镜行业开始发展，进入布局企业逐渐增多。
多光子激光扫描显微镜采用脉冲激光器作为光源，常见的是飞秒激光器，峰值功率高；利用波长较长的红外激光激发荧光，红外激光对生物组织穿透力强；采用多光子激发荧光分子，只激发焦点附近的荧光，定位准确。
多光子激光扫描显微镜具有光散射小、可对生物组织深层进行层析成像、深层成像信噪比好、对活性标本杀伤极小、可长时间观察活细胞、适合多标记复合测量、三维分辨率高、可获得高质量图像等特征，适用于活组织、厚切片样本研究领域。
多光子激光扫描显微镜可以广泛应用在生物学研究、神经学研究、组织学与胚胎学研究、医学成像、单分子探测等方面，包括观察脑组织切片神经细胞、脑皮层毛细血管网、脑细胞钙动力学、胚胎发育过程等，并进行成像，可将获得的三维数据进行存储，且可实现三维方向的微加工，除了医学领域外，还可以应用到电子、材料等领域。
根据新思界产业研究中心发布的
《2024-2029年中国多光子激光扫描显微镜行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，预计2023年，全球多光子激光扫描显微镜市场规模约为1.95亿美元，预计2023-2029年将以7.8%的年复合增长率增长，到2029年市场规模将达到3.06亿美元；预计2023年，中国多光子激光扫描显微镜市场规模约为2866万美元，预计2023-2029年将以9.6%的年复合增长率增长，到2029年市场规模将达到4962万美元。
新思界
行业分析人士表示，在全球范围内，多光子激光扫描显微镜生产商主要有卡尔蔡司（Carl Zeiss AG）、奥林巴斯（Olympus Corporation）、徕卡（Leica Microsystems）、尼康（Nikon Corporation）、布鲁克（Bruker）、索雷博（Thorlabs）、Femtonics、Scientifica、Sutter Instrument、LaVision BioTec等。在我国，2018年由中国科学院苏州医工所研制出了双光子显微镜、双光子-STED显微镜。
