分子核医学（molecular nuclear medicine）是利用核医学技术研究生物体中分子水平的变化，从而了解其功能变化的新型学科。重点是分子标志物的鉴别及应用。如肿瘤细胞是具有某种细胞分子标志物的受体，因此用被放射性核素标记的这种分子标志物进行显像就可实现对肿瘤细胞的特异性诊断。分子核医学是核医学和分子生物学技术的进一步发展和相互融合而形成的新的核医学分支学科。分子核医学是应用核医学的示踪技术从分子水平认识疾病，阐明病变组织受体密度与功能的变化、基因的异常表达、生化代谢变化及细胞信息传导等，为临床诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平信息。