به طور کلی تشخیص در داخل بدن به روشهای تصویربرداری و استفاده از تجهیزات قابل نصب در بدن اشاره دارد. تصویربرداری نانو شامل روش های مختلفی است که با استفاده از مطالعه در شرایط مولکولی عمل می کنند. فناوری های متداول تصویربرداری شامل تصویربرداری نوری، تصویربرداری هسته ای با ردیاب رادیواکتیو، تصویربرداری ام آر آی، سونوگرافی و تصویربرداری پرتوهای ایکس می باشد. هدف از تحقیقات نانو در این زمینه، تشخیص بیماری با استفاده از عوامل تشخیصی بسیار حساس و بسیار قابل اعتماد است که بتواند درمان را تحت نظارت و کنترل داشته باشد. بدین ترتیب ابتدا می بایست بافت موردنظر با استفاده از نانو ساختارهای قابل ردیابی، تصویربرداری شده سپس مراحل درمان آغاز و در نهایت اثرات درمان با تصویربرداری مداوم دنبال شود. تصویربرداری پزشکی از نقش حاشیه ای خود در مراقبت های پزشکی فراتر رفته و به یک ابزار تشخیصی ضروری در طول ۳۰ سال گذشته تبدیل شده است. تصویربرداری مولکولی در حال حاضر یک ابزار اساسی در دنبال کردن بیماری و توسعه تمام برنامه های کاربردی در نانوداروها محسوب می شود. فناوری های تصویربرداری متداول می توانند تغییرات ظاهری بافت را هنگامی که علائم آن تقریبا پیشرفته شده مشاهده کنند؛ کمی بعدتر، عوامل کنتراست تصویر به راحتی به داخل بدن فرستاده می شود تا محل بیماری و عارضه مشخص شود. اما امروزه به کمک فناوری نانو، هم ابزارهای تصویربرداری و هم عوامل نشانگرهای تشخیصی، به طور چشمگیری تغییر می کنند تا شناسایی عارضه در اسرع وقت حتی با شروع از یک سلول امکان پذیر شود. یک تصویربرداری مولکولی هدفمند برای طیف گسترده ای از اهداف تشخیصی مانند شناسایی منبع التهاب، محل  ومرحله بندی تومور، تجسم ساختارهای عروقی و یا بیماری های خاص و بررسی آناتومی اهمیت دارد. همچنین برای تحقیق بر روی رهایش کنترل شده دارو، ارزیابی توزیع دارو برای تشخیص اولیه و جلوگیری از تجمع ناخواسته مواد دارویی که ممکن است ایجاد خطر کند دارای اهمیت است. روش های تصویربرداری کنونی تنها زمانی که تغییرات قابل مشاهده ای بر روی بافت صورت گیرد قادر به تشخیص سرطان هستند، تا آن زمان هزاران سلول سرطانی تکثیر و جابجا شده اند، همچنین ماهیت تومور (بدخیم یا خوش خیم) و پاسخ آن به یک درمان خاص تنها وقتی قابل مشاهده و یا درمان است که از توده سرطانی نمونه برداری بافتی انجام گردد. از طریق فناروی نانو این امکان وجود دارد که سلول های سرطانی (حتی قبل از سرطانی شدن) شناسایی شوند. برای مثال آنتی بادی هایی را که در سلول های سرطانی ایجاد می شوند می توان شناسایی کرد که توسط نانو ذراتی از جنس اکسیدهای فلزی پوشش داده می شوند تا هنگام ام آر آی سیگنالی با کنتراست بالاتر ایجاد کننند. نانو ذرات طلا نیز می توانند به منظور افزایش پراکندگی نور در روش آندوسکوپی بکار روند.