中国科学院分子影像重点实验室孵化于中国科学院自动化研究所智能医学研究中心，于2013年正式成立。随着实验室近年来的快速发展，科研成果的不断积累，其在中科院自动化研究所“一三五”战略规划中的定位也发生了一定变化。“十二五”期间，实验室在研究所内的定位是“五个重点培育方向”中的“智能医学与新型医疗设备”；“十三五”期间，研究所将实验室的战略地位提升至“重大突破方向”之一的“多模医学成像与智能医疗装备”。研究所对实验室在新的五年中的发展也提出了更高的战略要求并给予了大力支持。

实验室的总体定位是面向生物医学工程领域的挑战性科学和技术问题，凝聚自动化所内从事分子影像基础与临床转化研究、生物和医学大数据分析，以及智能医学装备研发的科研骨干，以信息科学和技术为基础和工具，集中力量开展对重大疾病在分子细胞水平的早期检测、精准诊断和治疗康复的研究。在分子影像相关基础研究、平台构建、设备研发、应用转化等方面，引领我国相关理论与技术的发展，成为有重要国际学术影响力的知名研究与转化实验室。

实验室的总体研究目标是：以信息科技为基础，在生物体活体层面通过对其分子细胞水平的生理过程和生物学事件进行多模态和多尺度的影像信息获取，对重大疾病实现高灵敏度的早期检测、高精确度的辅助诊断，以及指导智能化的精准治疗和预后康复，推进相关生物医学技术和设备的临床转化和产业化，最终促进精准医学在我国的发展，提高我国重大疾病以“早期检测、精准诊疗、智能康复”为核心的整体诊疗水平。
围绕上述总体研究目标，实验室基于信息科学技术，在分子影像前沿技术研究和应用、生物医学大数据分析、智能医疗机器人研制和应用这三个方向开展了系列基础科研工作。每个方面都覆盖了相关领域的基础理论方法研究，关键设备与软件研发，以及临床医学应用转化，并取得了系列研究和转化成果。

在科研项目申请和实施方面，实验室在国家重大项目申请方面取得突破性的进展：国家重大科研仪器设备研制专项“小动物光学多模融合分子影像成像设备”通过多轮答辩成功立项，资助金额8500万元；先后作为首席科学家单位承担了两个973计划项目，实验室还相继承担了国家863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金（杰出青年基金、重点项目、国际合作、仪器专项、面上项目、主任专项基金、青年基金）、北京市自然科学基金（重点项目、面上项目）、中科院知识创新工程重要方向项目、中科院科研装备研制项目等80余项。其中973项目和基金委科学仪器专项中期考核均被评为优秀。

在科研成果与奖励方面，实验室围绕各在研项目开展的研究工作进展顺利，相关研究成果以第一完成单位相继获得2010、2012年度国家技术发明二等奖和2003、2004年度国家科技进步二等奖以及2012年度何梁何利基金科学与技术进步奖；发表SCI检索的国际期刊论文120余篇；主流国际会议论文100余篇；授权美国发明专利1项、国家发明专利46项，新受理美国发明专利3项、国际PCT发明专利5项。

在科研平台和团队建设方面，依托智能医学研究中心，经中国科学院评审考核认证后,“中国科学院分子影像重点实验室”获批成立,实验室学术委员会主任为中华医学会副会长、美国医学科学院外籍院士戴建平教授，学术委员会副主任为北京大学高家红教授和清华大学白净教授；实验室主任为田捷研究员。实验室在中国科学院“外国专家特聘研究员计划”以及“外籍青年科学家计划”和“发展中国家访问学者计划”的资助下，积极引进了8名外籍专家，包括Sanjiv Sam Gambhir教授（美国医学科学院院士）、Metin Akay教授、Mark S.Gold教授和Milan Sonka教授等。此外，实验室还引进国外留学归国博士和博士后6名来所工作。实验室现有中科院院士1名、研究员8名、副研究员11名、高级工程师2名、助理研究员12名、在站博士后5名、访问学者3名、博士和硕士研究生40余名。实验室拥有IFAC、IEEE、SPIE 、IAMBE、ISMRM等国际知名学术组织会士和高级会员7人，杰青2人，中国科学院百人计划2人，全国优秀科技工作者1人，中国科学院百篇优秀博士论文指导老师1人。

在技术转移和产业化方面，实验室研发的分子影像手术导航系统，通过了国家药监局医疗器械安全性及有效性检测认证，获得了药监局批准的三类医疗器械生产许可证，已在国内医院开展了临床应用，得到了肯定，并在安徽中科医药成像公司实现了技术转移和产业化。

本着“打造卓越执行力团队 共创合作与互赢平台”的团队建设理念，实验室将逐步完善各项管理制度和创新机制，实现“提升国际影响 形成产业应用”的阶段发展目标，最终将实验室建设成为在相关领域内具有国际领先水平的学术型研发团队。