Pavienių molekulių (PM) mikroskopijos metodai leidžia stebėti ir manipuliuoti individualių molekulių savybes, kurių ypatumai įprastame matavime yra paslėpti ansamblinio suvidurkinimo. Tai įgalina aptikti molekulių heterogeniškumą ir retas, tarpines, nors ir neilgai gyvuojančias būsenas. Taip pat, tampa įmanoma tiesiogiai stebėti molekulės struktūrinę dinamiką. Kartu, šie PM privalumai lemia galimybę tirti biomolekulių sąveikos mechanizmus.
Naudojant fluorescentinius metodus PM mikroskopijos laboratorijoje tiriama dviejų taikinių reikalaujančių restrikcijos endonukleazių sąveikos su DNR dinamika; augalinių fotosintetinių pigmentų-baltymų kompleksų funkcijos nefotocheminiame gesinime pakitimai keičiant pigmentų sudėtį; prokariotinių Argonaute baltymų sąveikos su nukleorūgštimis mechanizmai. Be biologinių molekulių tyrimų, plečiamas egzistuojančių PM metodų arsenalas: pademonstruotas geresnio jautrumo pririšto fluoroforo judesio (angl. TFM) metodas, pagrįstas fluoroforo intensyvumo kitimu evanescentinio žadinimo lauko gradiente; realizuotos paprastesnės „DNR užuolaidos“ – didelio našumo DNR ir baltymų sąveikos tyrimo metodas.
Netiesinės optinės mikroskopijos laboratorijoje naudojant koherentinės anti-Stokso Ramano sklaidos spektroskopijos (angl. CARS) metodą atliekamas chemiškai specifiškas įvairių biologinių struktūrų vaizdinimas. Savitieji biomolekulių virpesiai naudojami vaizdo kontrastui formuoti išvengiant papildomo bandinio žymėjimo – tokiu būdu įmanoma stebėti objektus nepažeidžiant jų natūralios cheminės sudėties ir/arba struktūros. Dėl to, kad CARS signalas generuojamas koherentiškai, jis yra keliomis eilėmis intensyvesnis už spontanišką Ramano sklaidą, ir tai leidžia registruoti vaizdus dideliu greičiu.
Laboratorijoje taip pat vystoma plataus lauko antros harmonikos generacijos (angl. SHG) mikroskopijos versija, skirta greitam biologinių audinių kolageno struktūrų vaizdinimui, kaip greitajai diagnostikai tinkama alternatyva įprastai histologinei analizei.