Moleküler görüntüleme, kanser hücrelerinde değişen metabolizma hızının ya da yüzey moleküllerinin hedeflenmesi yolu ile kanser hakkında işlevsel bilgi toplama yöntemidir. Bu amaçla hedeflenen yolağa özgü bazı kimyasal biyomoleküller radyoaktif izotoplar ile işaretlenerek organizmaya verilir. Radyonüklidlerin organizmadaki dağılımı, tutulum paterni ve tutulum derecesi görüntülenir. Elde edilen bu görüntüler hedeflenen metabolik yolakta tümöre bağlı oluşan değişiklikler hakkında işlevsel bilgi verir.