現代生物學研究已經不再停留在僅從組織中識別一種特殊的化學成分，或者蛋白成分上了，我們需要精確的了解這些物質是如何分布，如何構成的，解答這些問題需要更進一步的實驗技術，比如，免疫組化或免疫熒光檢測方法，但是這些技術需要特殊的抗體，而且效率低，偏差大。
因此，研究人員將目光轉向了質譜技術上，以質譜為基礎的成像方法不局限于特異的一種或者幾種蛋白質分子，可在組織切片中找到每一種蛋白質分子，并提供這些蛋白質分子在組織中的空間分布的精確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息，不需要對待測物進行標記，分析物可以其最初的形態被檢測，同時可對這些蛋白質分子含量進行相對定量，適用于研究生物分子的反應。
質譜成像（Imaging Mass Spectrometry, IMS）這種最新原位分析技術主要是利用質譜直接掃描生物樣品，分析分子在細胞或組織中的“結構、空間與時間分布”信息。
單而言，質譜成像技術就是借助于質譜的方法，再配套上專門的質譜成像軟件控制下，使用一臺通過測定質荷比來分析生物分子的標準分子量的質譜儀來完成的。但是隨著這項技術的不斷發展，也陸續出現了許多針對各種問題的新技術。
最早的質譜成像技術是基質輔助激光解吸電離（MALDI，matrix assisted laser desorption ionization）質譜分子成像技術，由范德堡大學（Vanderbilt University）的Richard Caprioli等在1997年提出，他們通過將MALDI質譜離子掃描技術與專業圖像處理軟件結合，直接分析生物組織切片，產生任意指定質荷比（m/z）化合物的二維離子密度圖，對組織中化合物的組成、相對豐度及分布情況進行高通量、全面、快速的分析，可通過所獲得的潛在的生物標志物的空間分布以及目標組織中候選藥物的分布信息，來進行生物標志物的發現和化合物的監控。
正如數字圖像包括三個通道：紅，綠，藍一樣（單個亮度定義了每個像素的顏色），質譜成像也包含了數以千計的通道，每一個對應于一個特殊的光譜峰值，“你可以通過質譜方法從這些像素中獲得任何信號，然后調整圖像中所需分子像素的相對亮度，最后，得到一張分子特異性的成像圖。”
這種方法可用于小分子代謝物，藥物化合物，脂質和蛋白，而且,質譜成像能相對快速的利用許多分子通道，完全無需特殊抗體,下面列出五種先進的質譜成像方法。
在對組織或生物體進行成像，分析小分子構成的時候，有一個“攔路虎”總是阻礙實驗的進程，那就是多肽，這些多肽體積十分大，要想對它們進行分子成像幾乎是不可能的，比如，想要研究腫瘤邊緣的分子微環境，如果直接成像是不可能獲得清晰圖像的。
來自范德堡大學的質譜方法專家Richard Caprioli博士因此發明了基質輔助激光解吸電離（MALDI）質譜分子成像技術，這項技術不局限于特異的一種或者幾種蛋白質分子，它可在組織切片中找到每一種蛋白質分子，并提供這些蛋白質分子在組織中的空間分布的精確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息。同時，可對這些蛋白質分子含量進行相對定量。
MALDI質譜分子成像是在專門的質譜成像軟件控制下，使用一臺通過測定質荷比來分析生物分子的標準分子量的質譜儀來完成的。被用來研究的組織首先經過冰凍切片來獲得極薄的組織片，接著用基質封閉組織切片并將切片置入質譜儀的靶上。通過計算機屏幕觀察樣品，利用MALDI系統的質譜成像軟件，選擇擬成像部分，首先定義圖像的尺寸，根據尺寸大小將圖像均分為若干點組成的二維點陣，來確定激光點轟擊的間距。激光束通過這個光柵圖案照射到靶盤上的組織切片，軟件控制開始采集質譜數據，在質譜儀中，激光束對組織切片進行連續的掃描，組織樣品在激光束的激發下釋放出的分子被質譜儀所鑒定從而獲得樣品上每個點的質荷比（m/z）信息，然后將各個點的分子量信息轉化為照片上的像素點。在每個點上，所有質譜數據經平均化處理獲得一幅代表該區域內化合物分布情況的完整質譜圖。儀器逐步采集組織切片的質譜數據，最后得到具有空間信息的整套組織切片的質譜數據。這樣就可以完成對組織樣品的“分子成像”。設定m/z的范圍，即可確定該組織區域所含生物分子的種類，并選定峰高或者峰面積來代表生物分子的相對豐度。圖像中的彩色斑點代表化合物的定位，每個斑點顏色的深淺與激光在每一個點或像素上檢測到的信號大小相關。
通過增加單位面積上轟擊的激光點數量和像素，研究人員可以獲得更多的樣品信息，例如，采用4000像素比200像素能夠得到更好的樣品圖像。質譜分子成像技術是一種半定量或相對定量技術，圖像上顏色深的部分表明有更多的生物分子聚集在組織的這個部分，然而，不可能據此確定生物分子在組織的不同部位的實際絕對含量。選擇組織圖像上的任意一個斑點，圖像都能夠給出一個質譜譜圖或者離子譜圖，代表在組織的該部位存在這種生物分子，然后,與做指紋圖譜類似，像做指紋圖譜那樣，將樣品的離子譜圖與已知標準品進行對照，分析差異，從而進行生物標志物的發現和藥物作用的監控。
一般質譜成像方法由于體積龐大，重量重，需要冗長的樣品準備階段，因此，并不適用于即時成像（bed side applications），比如，要幫助外科醫生進行實時的腫瘤邊界成像監控，那么就要尋找新的方法了。
一種稱為電噴霧電離技術（desorption electrospray ionization，DESI）的MS成像技術解決了這個問題。DESI技術于2004年首次提出，由于這一方法具有樣品無需前處理就可以在常壓條件下，從各種載物表面直接分析固相或凝固相樣品等優勢而得到了迅速的發展。