细胞内离子有着重要的生理功能，它们有的是信号转导的信使（如钙离子），有的是酶催化所必需的（如钠、钾、钙、镁、铜、铁、锌、猛等离子），有的通过离子通道跨膜转运影响膜电位（如钠、钾等离子），有的则促进膜的融合（如钙离子）。

细胞内离子的实时检测将揭示一些生理过程的机制。一些染料专一地与某种离子结合后会产生荧光或改变本身荧光的发射波长与强度，从而通过荧光检测可以显示该离子的量。通常称这些染料为离子探针。如果将它们导入细胞内，就能在时间与空间上显示活细胞内某种离子的动态变化。