该重点实验室由973项目首席科学家田捷研究员担任主任，学术委员会成员包括来自清华大学、北京大学、北京师范大学、第四军医大学等单位的知名学者和教授，下设多模分子影像研究室、功能分子影像研究室、医学影像平台研究室和分子影像应用研究室。
该团队在前期筹建阶段，围绕原创性的理论算法、集成开发的计算平台、自主研发的成像系统、面向肿瘤和药物的生物实验，展开了深入的研究，已取得了系列突破性的成果，先后获得2010年度国家技术发明二等奖、2004和2003年度国家科技进步二等奖，以及其他省部级奖12项。在理论算法研究方面：在国际主流学术期刊发表SCI检索论文200余篇，授权或申请发明ZL60余项，其中国际发明ZL3项，编写并出版学术专著10余部；在计算平台构建方面：研发的光学分子影像仿真平台MOSE、医学影像算法平台MITK和三维医学影像数据集成化处理平台3DMed，面向教育和研究机构提供免费下载，累计下载达20000余人次，下载用户来自于70余个不同的国家和地区，1000多家不同的单位；在成像系统研制方面，已构建了激发荧光成像系统、自发荧光成像系统、Micro-CT成像系统，并成功地对自发荧光成像系统和Micro-CT成像系统进行了技术转移；在生物应用方面，与北京肿瘤医院、北京协和医院、上海第二军医大学、汕头大学肿瘤医院、广州医药工业研究所、上海药物研究所等国内外10多家医院、科研机构合作，开展了一系列面向肿瘤和药效评价的生物实验。
“分子影像北京市重点实验室”的成立将进一步在技术研究和成果转化方面开展深入的工作，与国内更多的医疗器械、制药和医疗卫生机构合作，借助于生物医学影像技术领域的最新成果，进一步研究基础生命科学，开展在体、动态、连续研究基因功能、细胞动力学、生物的生长发育等领域的研究，构建新药筛选、药效实时评估，疾病早期诊断、个性化治疗以及疗效跟踪技术平台，为提高人口健康水平及人民生活质量做出贡献。