Las lesiones neoplásicas malignas derivadas del tejido epitelial, los carcinomas, representan entre el 80% y el 100% de todos los cánceres humanos, incluyendo algunas de las enfermedades más mortales como el cáncer de cuello de útero y el de pulmón de células no pequeñas. Muchos de estos carcinomas se presentan en superficies epiteliales fácilmente accesibles que ofrecen oportunidades únicas de detección. El tratamiento clínico eficaz de los carcinomas es posible gracias a la detección precoz, en un momento en el que es posible la resección quirúrgica completa y antes de que se produzca la invasión de los tejidos adyacentes o una intravasación significativa en los vasos sanguíneos que conduzca a la metástasis. Un buen pronóstico con una supervivencia libre de enfermedad a largo plazo es más probable tras la detección temprana cuando la progresión es limitada. En la actualidad, la detección de carcinomas en las superficies epiteliales depende en gran medida de la inspección rutinaria a simple vista (por ejemplo, piel y orofaringe) o de simples herramientas de luz blanca (por ejemplo, cuello uterino y colon). Las nuevas herramientas ópticas basadas en la refracción diferencial, la absorción, la reflexión, la dispersión o la fluorescencia de los carcinomas en relación con los tejidos normales permiten la visualización sin etiquetas de la neoplasia. Sin embargo, las diferencias en las propiedades ópticas intrínsecas de los tejidos normales y malignos pueden ser sutiles, y basarse en ellas puede dar lugar a elevadas tasas de error. La mejora del contraste óptico que ofrecen los agentes molecularmente dirigidos puede utilizarse para mejorar la detección precoz; y dado que las herramientas de imagen y detección ópticas pueden combinarse fácilmente, pueden desarrollarse sistemas integrados que obtengan imágenes a distintas escalas, o que detecten múltiples parámetros, para ayudar a la detección precoz. En la actualidad, el diagnóstico se realiza mediante el examen histológico de biopsias de tejido tras la identificación de lesiones sospechosas. Recientemente se han desarrollado herramientas de imagen microscópica en miniatura y de mano, y la integración de estas herramientas con dispositivos de vigilancia óptica de campo amplio ofrece tanto una detección rápida como un examen histológico confirmatorio en el punto de atención, que puede proporcionar una guía para la biopsia y/o la resección. Se ha descrito una amplia variedad de estrategias de sondas dirigidas con beneficios demostrados en modelos preclínicos y en un número limitado de estudios en humanos. Aquí presentamos ejemplos de herramientas integradas de detección e imágenes ópticas multimodales que utilizan combinaciones de contraste óptico intrínseco y extrínseco para la detección temprana o la delineación de márgenes de carcinomas en superficies epiteliales. Discutiremos varias tecnologías nuevas que tienen uso en la detección de los carcinomas más comunes que derivan del epitelio de la piel, los tractos gastrointestinal y urogenital, y los broncoalveolos.