分子影像学是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。

涉及的影像技术领域有，医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学、计算机科学、遗传基因信息、生物化学与新的成像探针等。