双光子物理是粒子物理学中描述两个光子间相互作用的一个分支。一般来说，光束在发生交叉时并不会发生扰动。在一些特定的光学材料中，如果光束的强度足够高，那么这些光束就可以通过一系列的非线性效应彼此影响。在纯真空的环境中，如果双光子系统的质心能量足够大，那么就会发生由光引起的较弱的光散射。另外，如果该能量高于某一阈值，部分能量就会转化为新的物质。
双光子显微镜带有的超高灵敏度的直接探测器能记录组织深层最细微的内部结构。多达7个的外置通道以及光谱拆分软件充分支持多色的多光子实验。再结合高速12kHz扫描头和最大扫描视野，将轴向位移减至最小，有效地收集来自深层组织的微弱光子，使图像更明亮，将对标本的光毒性减至最小。
双光子显微镜的优势：
双光子荧光显微镜有很多优点：
1）长波长的光比短波长的光受散射影响较小容易穿透标本；
2）焦平面外的荧光分子不被激发使较多的激发光可以到达焦平面，使激发光可以穿透更深的标本；
3）长波长的近红外光比短波长的光对细胞毒性小；
4）使用双光子显微镜观察标本的时候，只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。所以，双光子显微镜比单光子显微镜更适合用来观察厚标本、更适合用来观察活细胞、或用来进行定点光漂白实验。
