三維熒光光譜是近幾十年中發展起來的一種新熒光技術。普通熒光分析所得的光譜是二維譜圖，包括固定激發波長而掃描發射波長所獲得的發射光譜，和固定發射波長而掃描激發波長所獲得的激發光譜。但是實際上熒光強度應該是激發和發射這兩個波長變量的函數。描述熒光強度同時隨激發和發射波長變化的關系譜圖，就是三維熒光光譜。它可以提供比常規熒光光譜和同步熒光光譜更為完整的光譜信息，是很有價值的光譜指紋技術。在一個多組分體系的三維熒光光譜中，每種組分有獨立吸收和發射的特定光譜區，可以通過一次掃描便有可能檢測體系中的全部組分。
三維熒光光譜可以作為光譜指紋技術在環境監測(溶解有機質的分布等)、臨床化學(根據癌細胞熒光代謝產物的檢測，區分癌與非癌細胞等)以及細菌鑒別等領域應用；也可用于光化學反應監測、多組分混合物的定性和定量分析等。