对于阴极发光现象的描述始于19世纪70年代。到20世纪60年代开始，阴极发光理论才逐渐步入一个崭新的阶段，随之阴极发光技术在各个领域得到广泛的应用。
矿物具有阴极发光性的基本原理主要在于晶体内部存在各种缺陷，在缺陷位置上常常有杂质元素粒子存在。正是这些杂质粒子的存在及其含量不同，导致了晶体矿物发光性的变化。在诱发晶体阴极发光的元素粒子中，有两种具有不同属性的元素粒子，可称为发光剂（或激活剂）和消光剂（或淬灭剂）。晶体矿物内的发光剂包括金属元素（Eu2+，Mn2+等）以及过渡金属元素（Fe3+，V3+等），发光剂促使晶体具有发光性。消光剂包括Co2+，Ni2+，Fe2+等，它们的存在会抑制晶体的阴极发光性。
矿物的发光性表现在两个重要方面，一是发光色，不同的矿物，或者同种矿物晶体内不同的发光元素存在会导致晶体具有不同的发光色。当然，一般情况下，同种矿物晶体往往具有相同的发光基色，如石英晶体阴极发光性的基色一般是蓝色，而白云石发光的基色则是黄色。二是发光强度，它往往与晶体内部发光剂和消光剂的相对含量有着密切的关系。
由于矿物的发光性随着矿物种类以及矿物内微量元素的含量变化而不同，例如，石英的发光性及其变化主要取决于晶体内Ti/Fe比值的变化，而碳酸盐岩类矿物，如方解石和白云石，它们的发光性主要依赖于晶内Mn/Fe比值的变化，因而在地质学领域，阴极发光技术长期以来多应用于矿物学研究中，用以确定不同的矿物类型及成因。在岩石学、石油地质学和油气勘探研究中，广泛应用于沉积岩的原生和次生结构分析，进而探讨像碳酸盐岩、石英质和长石质碎屑岩等沉积岩石的成岩作用、成岩环境和进行古沉积环境分析，确定成岩成矿介质的性质并对储矿（油）层进行评价。
近年来，构造地质学家们注意到了阴极发光技术的重要性及其在构造地质分析中的意义，进而也开展了这方面的探索研究。如Sprunt和Nur（1979）通过花岗岩中石英颗粒的阴极发光特征分析，提出花岗岩演化过程中微破裂发展的多阶段破裂-愈合模式；刘俊来与Weber（1999）、Liu等（2002）对取自南非那米比亚Damara区的变形碳酸盐岩开展的阴极发光性研究表明，在岩石的细粒化过程中，流体相的介入对于方解石质岩石由脆性向韧性的转变起着极为重要的积极作用。
照片7-1中可以清楚地看出普通光学显微镜下（单偏光，照片7-001a）与阴极发光显微镜下（照片7-001b）大理岩碎裂岩的不同特点。照片7-1a为典型的碎裂结构，并发育有后期方解石脉；方解石单晶或集合体碎屑呈棱角状，大小不等，边界清晰，且无定向性；基质由细小的碎屑及极细粒物质组成。照片7-1b一方面清楚地显示出上述碎裂结构和方解石脉，同时还显示出碎屑与基质间、方解石脉与碎裂岩间的发光性差异。这些特点说明在碎屑破裂及细小基质形成过程中伴有流体相的参与。方解石脉强烈的发光性说明它形成于一个不同的热液活动阶段，而脉内方解石晶内发光性环带说明方解石在结晶过程中具有多阶段演化的特点。
阴极发光样品制备：对样品没有特殊要求，显微镜阴极发光分析可以使用不带有盖玻璃的薄片或光薄片，针对薄片或光薄片分析获得的初步结论，针对具体显微构造现象开展研究；电子探针或扫描电子显微镜下的阴极发光分析样品需要满足相应的条件（样品尺寸、表面喷镀等）。