雙光子熒光顯微鏡有很多優點：1）長波長的光比短波長的光受散射影響較小容易穿透標本；2）焦平面外的熒光分子不被激發使較多的激發光可以到達焦平面，使激發光可以穿透更深的標本；3）長波長的近紅外光比短波長的光對細胞毒性小；4）使用雙光子顯微鏡觀察標本的時候，只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。所以，雙光子顯微鏡比單光子顯微鏡更適合用來觀察厚標本、更適合用來觀察活細胞、或用來進行定點光漂白實驗。
