L'un des plus grands défis du diagnostic est la détection précoce et spécifique des maladies, ce qui présente la clé d’une prévention et d’une thérapie plus efficace. Une telle détection précoce peut être effectuée de manière pratique en analysant des fluides corporels, tels que le sang, l'urine ou la salive. Les maladies peuvent provoquer un changement de la quantité (concentration) de certaines biomolécules (par exemple des protéines ou des acides nucléiques spécifiques) dans ces fluides et habituellement ce changement est minime aux premiers stades de la maladie. Il est très important que le diagnostic permette de quantifier de telles biomolécules, appelées biomarqueurs moléculaires, aux concentrations très faibles dans les fluides corporels.

Les molécules ou nanoparticules fluorescentes peuvent aider à identifier et à quantifier les biomarqueurs par une analyse très sensible de la couleur, de l'intensité et du temps de décroissance de la fluorescence. En employant différentes molécules ou nanoparticules fluorescentes, on peut étudier, quantifier et comprendre des interactions de biomolécules, qui sont la base de la plupart des processus biologiques, y compris les maladies. En particulier, le FRET (transfert d’énergie par résonance de type Förster), qui décrit un transfert d'énergie entre deux molécules fluorescentes à une distance très proche (<10 nm), est un outil très puissant pour le diagnostic biomoléculaire.
Des exemples d’application sont présentés notamment les nouveaux développements qui permettent de détecter des concentrations ultra faibles (femtomolaires).