Moleküler görüntüleme, nükleer tıpta insan vücudunun moleküler düzeyde görüntülenmesini hedefler. Hastalıklara özgü olarak yönlendirilmiş akıllı moleküller aracılığıyla radyoaktif özelliklerini de kullanarak gama kamera veya pet kamera gibi gelişmiş nükleer görüntüleme cihazları kullanılarak insan vücudu moleküler düzeyde görüntülenebilir.