XX wieku, dzięki rosnącemu zainteresowaniu medycyną komórkową i molekularną oraz powstaniu i upowszechnieniu biotechnologii, rozwojowi technik laserowych i optoelektronicznych oraz dostępności dużych mocy obliczeniowych komputerów wymaganych do analizy uzyskiwanych obrazówT. Sołtysiński, A. Liebert, I. Zawicki, R. Maniewski, "Optyczne metody obrazowania molekularnego", Acta Bio-Optica et Informatica Medica 4/2008, vol. 14. W obrazowaniu molekularnym wyróżnić można techniki wykorzystujące egzogenne środki kontrastujące lub z zastosowaniem endogennych markerów, jak np.: micro-MRI, micro-PET, micro-CT czy micro-SPECT oraz techniki optyczne, jak bioluminescencja i fluorescencjaZ. Rogulski, "Obrazowanie molekularne w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego", Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego, Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski. Dodatkowo istnieją jeszcze techniki niewykorzystujące markerów, jak micro-USG oraz micro-PAT. Zastosowania obrazowania molekularnego to między innymi: genetyka, karcynogeneza, badania nad genomem, testowanie terapii genowej.