生命科學是一個復雜而龐大的學科系統，包含了眾多的分支學科，同時更出現了跨學科間的交叉、滲透和綜合。其它學科的發展，尤其是相關方法學的突破，往往能夠極大地帶動生命科學向前進步。
觀察是研究生命現象最基本的方法，可以是針對大尺度的生物個體或群體行為來進行，但目前更多的是對生命的細小部分借助儀器（如顯微鏡）來完成。人們對生命現象的認識大量獲自于觀察，例如物種的生態分布和地域、季節的遷移，胚胎的發育過程，細胞分裂時的染色體行為變化、細胞的超微結構等。在現代生物研究領域，尤其是細胞生物學和分子生物學領域，在細胞和亞細胞層面的觀察成為人們關注的中心。由于生命的基本單位——細胞，以及各種生物大分子的尺寸都屬于微觀世界，因此生物顯微技術在生物學研究中具有重要的地位，使我們能深入洞察建立在無生命的分子基礎上的生命世界。經過300多年不斷的發展，顯微成像技術現在已經建立起較成熟的方法，可以對生命的活體過程進行觀察（如胚胎發育過程），也可以將活體殺死固定并用特定方法（如染色、同位素標記）顯示生命的瞬間結構和理化狀態。然而傳統的光學顯微鏡由于受光源本身物理特性及顯微分辨原理的限制，其分辨本領已不可能再有更大的提高，目前分辨率最高的4pi顯微鏡，也只能達到100nm左右。電子顯微鏡雖然具有極高的分辨率，但樣品制備過程非常繁瑣，而且需在真空下工作，使其應用受到了極大的限制。因此，發展更高分辨率，更簡便的顯微技術具有深遠的意義。
同步輻射裝置能夠提供從X射線到遠紅外波段的高亮度光束，是表征微米、納米尺度物質特性的強有力的工具，具有非常廣泛的用途。自上世紀80年代末開始，同步輻射光源步入第三代。迄今為止，國際上已先后建成了十多臺高亮度的第三代同步輻射光源。利用同步輻射裝置的高亮度、短波長的同步輻射光在空間分辨上的優勢，將可以進行許多前沿學科的探索。其中，基于同步輻射的顯微影像技術已有了突出的進展，具有極高的空間分辨本領：在硬X射線波段，日本Spring-8光源上實現了30nm空間分辨率的X射線成像；在軟X射線波段，美國的勞倫斯伯克利國家實驗室的AdvancedLight Source (簡稱ALS)同步輻射光源也達到了15nm的空間分辨率。基于同步輻射顯微影像技術不僅具有高空間分辨本領和高探測靈敏度(ppb級)，而且實驗方法非常豐富，除了傳統的軟X光顯微鏡之外，還發展了許多基于X光的顯微技術，如透射X光顯微鏡（TransmissionX-ray Microscope, TXM）、掃描透射X光顯微鏡（ScanningTransmission X-ray microscope,STXM）、X光電子發射顯微鏡（X-ray Photo-Electron Emissionmicroscope,XPEEM）以及X光全息等等。這些顯微技術可以同時獲得物質的元素組分信息、化學結構信息、晶體結構信息、電子學和磁學信息以及圖像信息，既可分析物質表面信息，也可分析物質的內部信息甚至得到三維的圖像。將這些影像技術應用到生物學領域，必將極大地促進生物學的學科發展。
上海同步輻射光源是正在建造的第三代同步輻射光源之一。利用上海同步輻射裝置的高亮度、能量可選的同步輻射光，將大大提高對生命體內結構與形態的觀察精度。通過同步輻射X光顯微成像和斷層掃描成像技術，能夠直接獲取活細胞結構圖像。基于上海同步輻射裝置強度高、能量可選的X射線，發展起來的“雙色減影心血管造影”新技術，可以為心血管病的早期診斷提供安全、快速、高清晰的診斷方法。利用第三代同步輻射X光源射線橫向相干性好的特性，發展了X射線相位反襯成像技術，能夠清晰地拍攝出吸收反襯很弱的軟組織如血管、神經等的照片，有望發展出不需要造影劑的“心血管造影術”。
在現代生物研究領域，尤其是細胞生物學和分子生物學領域，在細胞和亞細胞層面的觀察成為人們關注的中心。由于生命的基本單位--細胞，以及各種生物大分子的尺寸都屬于微觀世界，因此生物顯微技術在生物學研究中具有重要的地位，使我們能深入洞察建立在無生命的分子基礎上的生命世界。目前，同步輻射裝置在生命科學領域的應用主要還集中在蛋白質結構解析方面。但事實上，基于同步輻射光源的顯微觀測技術非常適合用于生物樣品的觀察，有很寬廣的應用前景。在對細胞的觀測方面，基于同步輻射技術的軟X光顯微鏡能夠達到很高的分辨率（幾十或幾個納米）。樣品也不需做復雜的前期處理，能夠更加真實地展現生物體自然的形貌。這樣就能夠獲得大量的樣品，可以得到對一個連續的生物過程的描述。該技術能夠用來研究在細胞、亞細胞層面的蛋白功能定位、各種元素分析、各種特化結構的辨識以及各種特定官能團分布的檢測等。在上海光源首批線站中，就建設有可用于生命科學領域研究的的軟X射線顯微線站和硬X射線顯微線站。這兩條線站的建立，可望使我國在這一領域中的應用研究得到迅速發展。