靶向荧光药物通常由三部分组成：识别基团（recognition element）、报告基团（fluorophore）和连接体（linker）。识别基团决定了探针的选择性和特异性，报告基团决定了其灵敏度，而连接体则可以调节探针的大小、药代动力学、生物分布和带电情况等特性。

识别基团是探针最核心的部分，主要有两种识别策略：一是利用癌细胞表面过表达的受体，如叶酸受体和 EGFR 等；二是利用肿瘤组织中过表达的酶，如组织蛋白酶（cathepesins）和基质金属蛋白酶（MMPs）等，这些酶往往和肿瘤的扩散和转移有关。