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20世纪50年代Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，标志着分子生物学作为一门独立学科的诞生，70年代以来，分子生物学已成为生命科学领域最具有活力的学科前沿。由于分子生物学理论和技术方法不断地被应用于临床，在疾病和预防、预测、诊断、疗效地评价等多方面发挥着愈来愈重要的作用。分子生物学与临床医学的广泛交叉和渗透，产生了一个崭新的学科方向—分子医学;70年代末，美国科学院院士美籍华裔科学家Kan等应用液相DNA分子杂交成功地进行了镰形细胞贫血症的基因诊断，标志着检验诊断进入基因诊断时代，由于基因诊断是从疾病基因或与致病相关的基因及其表达产物的水平上进行检测，因此实现了疾病的早期诊断，但由于基因诊断方法以现代分子生物学技术为基础并有机整合了细胞学、遗传学等技术，使基因诊断更具有先进性，精确性和快速，因此大大提高了诊断的特异性和灵敏度。
长期以来，疾病的诊断主要依据病史、症状、体征和各种辅助检查，如血液学、病理学、免疫学、微生物学、寄生虫学乃至物理学检查等。然而，上述检查方法都具有其各自的局限性，使得许多疾病未能被及时准确地诊断，从而延误了治疗良机。因为许多外科疾病在病人出现症状、体征及生化改变之前就已存在相当一段时间，所以人们一直在盼望能找到一种技术，在疾病一旦发生，甚至尚未出现症状、体征及生化改变之前，就能做出诊断;对于某些可能的致病因素，包括食品、水质、环境中存在的病原体，人们也期望能有简单准确的方法及时进行检测。随着基因诊断技术的不断改进和日臻成熟，其涉及领域和应用范围不断扩大，特别是80 年代中期聚合酶 链反应(PCR)技术的问世以及90年代初人类基因组计划的启动，进一步推动了基因诊断技术的发展。分子生物学技术的发展使人们渴望已久的上述愿望得以实现，1999年11月，美国研究病理学会和分子病理学协会创刊出版了《The Journal of Molecular Diagnostics》杂志，标志着这种在分子生物学理论和技术发展基础上建立起来的一门全新的诊断技术已经发展成为一个成熟的学科——分子诊断学。
分子诊断学是以分子生物学理论为基础，利用分子生物学的技术和方法研究人体内源性或外源性生物大分子和大分子体系的存在、结构或表达调控的变化，为疾病的预防、预测、诊断、治疗和转归提供信息和决策依据，回顾分子诊断学20余年的发展历史，大致经历了3个阶段：
(1)利用DNA分子杂交技术进行遗传病的基因诊断;
(2)以PCR技术为基础的DNA诊断，特别是定量PCR 和实时PCR的应用，不仅可以检测存在于宿主的多种DNA和RNA病原体载量，还可检测多基因遗传病细胞中mRNA的表达量。
(3)以生物芯片(biochip)技术为代表的高通量密集型检测技术，生物芯片技术包括基因芯片，蛋白质芯片，组织芯片等，由于其工作原理和结果处理过程突破了传统的检测方法，不仅具有样品处理能力强、用途广泛、自动化程度高等特点，而且具有广阔和应用前景和商业价值，因此成为分子诊断技术领域的一大热点。
分子诊断学的发展历史已揭示了其发展方向：
1)分子诊断的内容从传统的DNA诊断发展到核酸及其表达产物(mRNA、蛋白质)的全面诊断;
2)分子诊断的策略从利用分子杂交、PCR等单一技术的诊断发展到有机组合多项技术的联合诊断;
3)分子诊断的方法从定性诊断发展到半定量和定量诊断，核酸标记技术，特别是荧光标记技术的发展，荧光定量PCR 技术等方法日益成熟;
4)分子诊断的范围从单基因疾病(门德尔遗传性疾病，诸如白血病、早老症、血红蛋白病、甲型肝炎病毒，人类免疫缺陷病毒，人乳头瘤病毒等)的诊断发展到多基因病(肿瘤、心脑血管疾病、代谢病、神经系统疾病、自身免疫性疾病等)的诊断;
5)分子诊断的应用多治疗性诊断发展到预防性分析评价，特别是针对高危人群进行疾病基因或疾病相关基因的筛查。
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