A method and system for luminescence molecular imaging or tomography of a region of interest in a scattering medium is disclosed. The system comprises a non-linear luminescent marker material arranged in the scattering medium, one or more light sources positioned by at least one light source position for exciting said luminescent marker by excitation light emitted by said one or more light sources into an excitation volume, a detector at a luminescent light detection position detecting luminescence from said luminescent marker due to said excitation light, wherein said excitation light comprises pulsed excitation light.La présente invention porte sur un procédé et un système d'imagerie ou de tomographie moléculaire de luminescence d'une région d'intérêt dans un milieu diffusant. Le système comprend une matière de marqueur luminescent non linéaire agencée dans le milieu diffusant, une ou plusieurs sources lumineuses positionnées selon au moins une position de source lumineuse pour excitation dudit marqueur luminescent par une lumière d'excitation émise par ladite ou lesdites sources lumineuses dans un volume d'excitation, un détecteur au niveau d'une position de détection de lumière luminescente détectant une luminescence provenant dudit marqueur luminescent due à ladite lumière d'excitation, ladite lumière d'excitation comprenant une lumière d'excitation pulsée.