熒光染料，由于靈敏度高，操作方便，逐漸取代了放射性同位素作為檢測標記，其廣泛應用于熒光免疫，熒光探針，細胞染色等。包括特異性的DNA染色，用于染色體分析、細胞周期、細胞凋亡等相關研究。另有很多核酸染料在多色染色系統中是非常有用的復染劑，可作為背景對照，標記細胞核使細胞內結構的空間關系一目了然。
免疫分析
熒光標記的單克隆抗體技術為流式細胞儀在研究細胞膜和細胞內各種功能性抗原、腫瘤基因蛋白等領域擴展了無限的應用空間。熒光探針可以通過蛋白質交聯劑共價結合在單克隆抗體上。免疫熒光標記最常用的染料有異硫氰酸熒光素(fluorescein isothiocyanate, FITC)、藻紅蛋白（PE）以及AlexaFluor系列染料等。
核酸檢測
核酸染料DAPI可嵌入到DNA雙螺旋中
核酸熒光染料對細胞核染色后定量測量細胞所發出的熒光強度，就可以確定細胞核中DNA、RNA的含量，并可以對細胞周期和細胞的增殖狀況進行分析。有多種熒光染料可以對細胞中的DNA或RNA染色，常用的DNA染料包括碘化丙啶(PI)、DAPI、Hoechst 33342等，RNA染料有噻唑橙、吖啶橙等。