结构光照明显微技术（structured illumination microscopy，SIM）由加州大学旧金山分校的M.古塔弗森（Mats Gustafsson，美国，1960～2011）于2000年发明。使用一定样式的结构光照射未知结构的样品时，在采样物体的空间频率与照射光线的空间频率有差异的地方，由相互衍射得到一系列的莫尔条纹。莫尔条纹放大了原先不能够分辨出来的样品结构，然后经计算机进一步分析处理，从而重建出样本的高分辨率图像。SIM技术的核心有两个方面：①结构光的产生；②SIM图像的重构算法。

对于SIM技术结构光的产生，结构光的发生装置是关键。根据在照明光路中加入的发生装置的不同可分为：①光栅型SIM显微镜；②空间光调制器型SIM显微镜；③数字微镜阵列型SIM显微镜。照明光受光调制后经物镜投影在样品上，最终调制光所产生的荧光信息被成像系统接收。

SIM图像的重构算法的核心在于通过傅里叶变换将空间域和频域进行变化。空间频率的高频信息对应尖锐的变化，而缓慢变化的结构则对应低频信息。高频信息对应的空间域信息则为高分辨信息。通过改变照明光的空间结构，使记录的图像包含更多高频信息，进而重构出超分辨图像。

与基于单分子定位的超分辨荧光显微技术相比，SIM技术只需要几幅原始图像即可构建一幅超分辨图像，而超分辨荧光显微技术需要上千幅原始图像才能构建一幅超分辨图像，因此其成像速度快，能够实现活体细胞动态三维成像。与受激发射损耗显微技术相比，SIM技术光路结构简单，不需要特殊的荧光标记，这大大方便了其在生命科学中的应用范围。但SIM技术也存在不足，其分辨率无法超越两倍衍射极限，约为100纳米，相比于其他超分辨显微技术分辨率偏低。

由于SIM技术具有成像速度快、光路结构简单、对荧光分子无特殊要求、能够应用于活体细胞实时动态三维成像的优势，在生物医学成像领域具有广泛的应用。SIM技术已广泛应用于植物细胞、哺乳动物亚细胞结构以及生物样品的动态特性的研究工作中。相比于传统的荧光显微技术，SIM技术能更清晰地观测细胞内骨架蛋白的结构。