Powodem był fakt, że używane fluorofory, które miały wiązać się z błoną (na przykład poprzez białka błonowe, czy receptory) pozostawały w stanie równowagi z niezwiązanymi, i tak sygnał pochodzący z ich wzbudzenia nakładał się z sygnałem niezwiązanych cząsteczek tła. Powodem tego był fakt, że wzbudzeniu ulegały wszystkie fluorofory na drodze promienia światła wzbudzającego, bez żadnej selektywności co do obszaru (porównaj z mikroskopem dwufotonowym). Zmniejszało to kontrast między sygnałem i tłem a w niektórych wypadkach czyniło obrazowanie niemożliwym, gdyż zwykle w otaczającym interesujący obszar medium, było więcej niezwiązanych fluoroforów, niż tych związanych, co całkowicie tłumiło sygnał.
Rozwiązaniem było zastosowanie mikroskopii fluorescencyjnej całkowitego wewnętrznego odbicia. TIRFM została opracowana przez Daniela Axelroda w latach 1980. Zasada TIRFM polega na oświetleniu próbki światłem wzbudzającym (jak w mikroskopii fluorescencyjnej), jednak pod takim kątem (kąt graniczny), by padające światło uległo całkowitemu wewnętrznemu odbiciu przed wejściem do próbki, albo w szkiełku nakrywającym próbkę (typ epi-) albo w kwarcowym pryzmacie (typ trans-).