GFP（绿色荧光蛋白）的发现极大地推动了现代生物学的发展，应用前景广阔。基于新型功能荧光蛋白（如光激活荧光蛋白和光转换荧光蛋白和氧化还原敏感的GFP等）的光学分子成像技术的发展，为在活细胞乃至活体动物内研究基因表达和蛋白质功能提供了更多的选择空间。
GFP在干细胞移植领域的应用
目前，常用的绿色荧光蛋白标记干细胞的方式有3 种：质粒载体转染、病毒载体转染和绿色荧光蛋白转基因动物。
- 绿色荧光蛋白质粒转染具有操作简便、对干细胞的免疫源性和毒性小等优点，但不十分稳定，容易丢失；
- 病毒载体的优势是表达高效稳定，但存在免疫反应和致癌性等安全隐患；
- 从绿色荧光蛋白转基因动物分离得到的干细胞标记稳定，是理想的选择。绿色荧光蛋白标记的干细胞移植后在体内的分布情况可在荧光显微镜下直接观察到，结合使用定量聚合酶链反应、激光共聚焦和荧光激活细胞分类计数等技术方法，还可监测移植干细胞在体内的分化增生情况以及其在各组织的含量等。
GFP在细胞生物学中的应用
GFP具有同宿主蛋白构成融合子的性质，利用这一性质，可以将GFP定位到特定的细胞器和膜系统中，进行细胞生理过程、细胞动力学等的实时观测，或直接应用于定量分析。目前，GFP已经被成功地用于靶向标记包括细胞核、线粒体、质体、内质网等在内的细胞器。用GFP进行亚细胞定位，避免了提纯蛋白、标记异硫氰酸荧光素等荧光染料、经显微注射或其他方式导入细胞的复杂方法，从而使研究蛋白在活细胞的准确定位变得简单易行。
GFP在分子生物学研究中的应用
在生物学研究中的应用
GFP作为标记分子，目前已被广泛应用于基因标记、蛋白质标记、环境微生物研究、寄生虫学研究以及发育生物学研究中基因表达模式的探索等方面，成为活细胞分子水平研究的工具。
在生态学上的应用
- GFP在生态学中的应用将GFP基因直接导入目标生物或将GFP基因克隆到病毒、细菌或质粒上，通过它们的介导而间接标记目标生物，进行生态学规律研究。
- 用GFP基因标记遗传工程微生物以检测其在水环境中的存活和去向。
- 跟踪观察微生物。
在医学研究中的应用
- 利用GFP示踪证实了脂肪来源的干细胞的分化方向和分化能力；利用增强型GFP筛选合适的生物材料； GFP还用于细胞因子作用的研究以及活体动态观察的研究。
- GFP广泛应用于视网膜的基因转移系统、目的基因的调控及感光细胞凋亡保护的研究。
- 在免疫学治疗方面，应用GFP作为表皮生长因子受体研究的工具，并对第二信使蛋白进行亚细胞定位，这既可以揭示其在活细胞内作用，又可以观察一些抗体和小分子酪氨酸激酶抑制剂等信号传导抑制药物的作用效应。
GFP作为报告基因
GFP作为报告基因可用来检测转基因效率，把GFP基因连接到目的基因的启动子之后，通过测定GFP的荧光强度就可以对该基因的表达水平进行检测。目前，此方法无论在农杆菌介导或基因枪介导的植物遗传转化中还是在活细胞、转基因胚胎和动物中都已得到非常广泛的应用，特别是在活细胞基因表达的时空成像方面。
GFP作为融合标签
GFP最成功的一类应用就是把GFP作为标签融合到主体蛋白中来检测蛋白质分子的定位、迁移、构象变化以及分子间的相互作用，或者靶向标记某些细胞器。在多数情况下，GFP基因在N-或C-末端与异源基因用常规的分子生物学手段就可以结合构成编码融合蛋白的嵌合基因，其表达产物既保持了外源蛋白的生物活性，又表现出与天然GFP相似的荧光特性。GFP的这种特性为蛋白质提供了一种荧光标记，不仅可以检测蛋白质分子的定位、迁移，还可以研究蛋白质分子的相互作用以及蛋白质构象变化，并依靠荧光共振能量转移来进行检测。
其他应用
- 野生型GFP和其许多突变体可以作为生物传感器检测活细胞内的pH。
- GFP还可以应用于检测电位、氧化还原水平以及在信号转导中作为Ca2+指示剂。
- GFP广泛应用于细胞筛选和药物筛选 。
- 通过定点突变、DNA-shuffling 等技术对GFP进行了改进，获得了荧光光谱、量子产率、溶解性、密码子嗜性、温度敏感性等改变的多种突变体，扩大了GFP的应用范围。