Luminiscences spektroskopija aptver selektīvu un jutīgu metožu klāstu ar pielietojumiem gan zinātnē, gan rūpniecībā. Pētāmo problēmjautājumu klāsts ir ļoti plašs – optiski procesi mākslīgi sintezētos un dabā sastopamos neorganiskos un organiskos materiālos, bioloģisku sistēmu struktūras un funkcionalitātes pētījumi, vides monitorings, medicīniskā diagnostika un citi. Viena no priekšrocībām, salīdzinot ar citām optiskās spektroskopijas metodēm, ir tas, ka luminiscenci var raksturot ar vairākiem parametriem. Par optiskām zondēm bieži izmanto fluorescējošas molekulas vai lantanīdu jonus, no kuru spektriem var detalizēti spriest par luminiscences centra apkārtni. Attīstās jaunas fluorescences mikroskopijas un attēlveidošanas metodes, lai pētītu procesus atsevišķu šūnu un pat molekulu mērogā. Augstas izšķirtspējas fluorescences mikroskopijas metožu izstrāde ir liels sasniegums zinātnē, par kuru amerikāņu zinātniekiem Ērikam Bercigam (Eric Bertzig), Viljamam Mērneram (William Moerner) un vācu zinātniekam Štefanam Valteram Hellam (Stefan Walter Hell) 2014. gadā piešķirta Nobela prēmija ķīmijā. Fotoinducēti dinamiskie procesi atomos, molekulās, nanostruktūrās un cietvielās tiek pētīti ar ultraīsu optiskā starojuma impulsu spektroskopijas (ultrafast spectroscopy) metodēm. Straujās tehnoloģiskās izaugsmes rezultātā mūsdienās ir iespējams novērot procesus, kas ilgst femtosekundes (10-15 s) ar telpisko izšķirtspēju, kas pārsniedz Releja robežu.