SIM (Structured Illumination Microscopy), auch als Mikroskopie mit strukturierter Beleuchtung bezeichnet, ist eine Form der Superauflösungsmikroskopie, deren Prinzip analog zur der Darstellung von Moiré-Mustern, die durch die Überlagerung zweier unterschiedlicher Raster (Gitter) entstehen. Bei der SIM wird zur Beleuchtung der Probe ein Lichtstrahl mit einem Streifenmuster verwendet, das durch Beugung an einem Gitter entsteht. Durch die Verringerung der Auflösungsfähigkeit des optischen Systems können die Raster selbst zwar nicht mehr abgebildet werden, der Moiré-Effekt bleibt jedoch sichtbar. Dank dieses Effekts bleiben im Bild Informationen über das Vorhandensein von Rastern mit räumlichen Frequenzen erhalten, die höher sind, als das optische System direkt abbilden kann. Durch die computergestützte Verarbeitung des Moiré-Effekts (mithilfe der Fourier-Transformation) lässt sich dann berechnen, wie die Strukturen aussahen, die diesen Effekt verursacht haben, was zu einem Bild mit weitaus feineren Details und einer Auflösung von etwa 100 nm führt. Das superauflösende Bild entsteht somit auf der Grundlage eines Bildrekonstruktionsverfahrens, das eine ganze Reihe von Aufnahmen nutzt, die in verschiedenen Phasen aufgenommen wurden und sich in Richtung des Streifenmusters bewegen.
Die SIM-Methode lässt sich sowohl auf 2D-Objekte (Monoschichten, Zellbilder aus einem TIRF-Mikroskop usw.) als auch auf 3D-Objekte anwenden – dank der Aufnahme einer Bilderserie, die auf unterschiedliche Tiefen der Probe fokussiert ist, die mit einem dreidimensionalen Raster beleuchtet wird.