TIRFM系統是全內反射熒光顯微鏡（total internal reflection fluorescence microscope）的英文簡稱。這類顯微鏡是用隱失波作為樣品的激發光源，并擁有高靈敏度和高時間分辨率的CCD相機（成像速率200Hz）捕捉樣品熒光，它的優勢在于比共聚焦顯微鏡的信噪比要高，相對于其他的光學顯微鏡，它的分辨率要更高一些，并且相對于電子顯微鏡來說，對生物樣本損傷要更小，可以進行活體物質的研究和單分子的動態研究。
    全內反射熒光顯微鏡憑借其獨特的優勢（它的熒光激發深度只在0～100nm的薄層范圍內），從而被廣泛用于實時觀察單個肌漿球蛋白分子的運動、單個蛋白分子對之間的熒光共振能量轉移（FRET）、ATP酶的翻轉，聚合物內單個分子的結構變化、以及等離子體膜附近的神經分泌腺的顆粒運動等方面，成為研究細胞表面科學如生物化學動力學、單分子動力學的zui有前途的光學成像技術。
一、在生物單分子科學領域，單分子熒光探測主要有三個問題：
    1）單分子發出的熒光信號通常很微弱的，所以要尋找一個足夠靈敏的探測器；
    2）由于拉曼散射，瑞利散射和雜質熒光等產生的背景光，極大的干擾了信號光的探測，所以應該盡量降低背景激發光；
    3）本體溶液產生的焦點熒光之外的背景光。

    這些問題都可以利用TIRFM系統即全內反射熒光顯微鏡來解決！
二、觀察蛋白分子的相互作用
    1）通過熒光表識的分子共同定位，運用全內反射熒光顯微鏡對分子間相互作用可以直接觀察，熒光共聚焦能量轉移也能夠檢測到。
    2）分子伴侶蛋白GroEL和伴侶輔助分子GroEState或者其底物乳球蛋白的相互作用已經在單分子水平進行了很好的研究。

三、應用于離子通道的研究
    熒光標識的離子通道蛋白包埋到平面脂雙層中，然后用物鏡型全內反射熒光顯微鏡觀察。利用全內反射熒光顯微鏡結合熒光共振能量轉移或者雙視角的光鏡可以看到離子通道與其配基或者調節子之間的相互作用，同時可以在體內跟蹤結像變化與離子電流。
四、用于DNA大分子在液-液，固-液界面的單分子吸附行為。