La fluorescencia es una propiedad notable exhibida por muchos compuestos químicos y biomoléculas. La fluorescencia ha revolucionado las ciencias analíticas y biomédicas debido a sus amplias aplicaciones en herramientas analíticas y diagnósticas de importancia biológica y ambiental. Las moléculas fluorescentes se emplean con frecuencia en la entrega de fármacos, la detección óptica, la imagen celular y el descubrimiento de biomarcadores. El cáncer es un desafío global y los agentes fluorescentes pueden funcionar como herramientas de diagnóstico y monitoreo, tanto durante la progresión temprana de los tumores como en el monitoreo del tratamiento. Muchos compuestos fluorescentes se pueden encontrar en su forma natural, pero los recientes avances en química sintética y biología molecular nos han permitido sintetizar y ajustar moléculas fluorescentes que de otro modo no existirían en la naturaleza. Los compuestos fluorescentes derivados naturalmente son generalmente más biocompatibles y respetuosos con el medio ambiente. También se pueden modificar de manera rentable y específica al objetivo con la ayuda de herramientas sintéticas. Comprender sus estructuras químicas únicas y propiedades fotofísicas es clave para aprovechar todo su potencial en la investigación biomédica y analítica. Dado que los esfuerzos de descubrimiento de fármacos requieren la caracterización rigurosa de la farmacocinética y la farmacodinámica, la detección basada en la fluorescencia acelera la comprensión de las interacciones de los fármacos a través de ensayos in vitro e in vivo. Aquí proporcionamos una revisión de productos naturales y análogos sintéticos que exhiben propiedades de fluorescencia y pueden utilizarse como sondas, detallando sus propiedades fotofísicas. También hemos proporcionado algunas ideas sobre las relaciones entre las estructuras químicas y las propiedades fluorescentes. Finalmente, hemos discutido las aplicaciones de compuestos fluorescentes en la ciencia biomédica, principalmente en el estudio de células tumorales y de cáncer y en la investigación analítica, destacando su papel fundamental en el avance de la entrega de fármacos, los biomarcadores, la imagen celular, las tecnologías de biosensores y como ligandos de targeting en el diagnóstico de tumores.