不從組織內的各個部分（或細胞）中提取RNA分子，而是直接在其原始環境中對其進行可視化，這可以通過與感興趣的目標互補的標記探針雜交來實現。
原位雜交（ISH）利用標記的核酸探針來確定組織和細胞中DNA和RNA的空間位置和豐度。之後不斷進化，形成了單分子RNA螢光原位雜交技術（smFISH）。smFISH利用多條短的寡核苷酸探針（大約20 bp）來靶向同一mRNA轉錄本的不同區域。2008年開發了一種替代性的smFISH方法，使用一組≈40個探針(20bp)，每個探針耦合到一個單一的螢光團。雖然smFISH具有高靈敏度和亞細胞空間解析度，但由於標準顯微鏡中光譜重疊的固有限制，它一次只能針對幾個基因。
seqFISH是一種多路smFISH方法，通過連續幾輪雜交、成像和探針剝離，多次檢測單個轉錄本。然而，雜交輪數的增加需要增加smFISH探針的數量，這使得seqFISH既昂貴又耗時。
為了彌補seqFISH的大量耗時，2015年發布了MERFISH技術。這種技術可以鑑定單個細胞中數千種RNA的拷貝數和空間定位。它利用組合標籤、連續成像等技術來提高檢測通量，並通過二進位條形碼來抵消單分子標記和檢測錯誤。2018年，MERFISH技術與擴張顯微鏡相結合，通過擴大RNA目標之間的距離，可以在沒有光譜重疊的情況下使檢測到的分子數量增加。
2019年，seqFISH的研究小組也採用了與MERFISH有些相似的方法，即使用包含側翼區域的主探針一步定位，隨後多次讀取探針循環。該方法允許使用標準共聚焦顯微鏡的10000個基因的目標復用，而不需要超解析度設備。然而，這種策略仍然是基於先驗地決定目標，並且需要使用大量的合成探針集。
osmFISH是一種非條形碼技術，osmFISH的靶點數量設置為雜交輪數，其中每一輪雜交包括一定數量的基因的探針集。每一輪雜交後，獲得圖像，然後去除探針，進行下一輪雜交。雖然osmFISH與其他smFISH技術相比具有較低的復用能力，但它在處理較大組織區域的能力方面表現突出。
2011年，Advanced Cell Diagnostics推出了商業化的RNAscope晶片。該檢測的核心是探針設計，兩個相鄰的 "Z-probes "與目標RNA轉錄物結合，形成所需的結合位點，供後續的放大分子雜交使用。2019年7月，同時檢測RNA靶點的最大數量增加到12個。低倍數RNAscope還與成像質粒細胞儀（IMC）相結合，用金屬標籤代替螢光團對DNA樹進行雜交。隨後，將金屬結合的抗體添加到同一組織切片，並進行金屬豐度的質細胞測量，允許同時進行RNA和蛋白質評估。
2019年，提出了一種被稱為 "DNA顯微鏡 "的核苷酸無光學圖譜，它不依賴於從已知位置的物理捕獲，而是依賴於熱力學熵。與傳統的成像方法相比，DNA顯微鏡的原理意味著一個相當奇怪的反向特徵，信號的稀疏性成為挑戰，而高信號密度意味著更容易重建。迄今為止，該技術只對培養細胞上的一小部分轉錄本進行了演示。