Die meisten zellbiologischen Forschungsarbeiten wurden an Zellpopulationen durchgeführt. Diese Ensemble-Durchschnittswerte geben jedoch nur Aufschluss über eine "imaginäre" Durchschnittszelle und verschleiern intrinsische Heterogenitäten. Dieser Ensemble-Ansatz kann die individuelle Bedeutung von zellulären Untergruppen oder sogar einzelnen Zellen nicht aufdecken. Es ist bekannt, dass der Nachweis von Einzelzellereignissen notwendig ist, um die Biologie zu verstehen, z. B. Antibiotikaresistenz oder Heterogenität in Tumoren. Die meisten Einzelzellstudien untersuchen genetische Informationen mit Hilfe fortschrittlicher Einzelzell-Sequenzierungsmethoden (Genomik und Transkriptomik), die auf der Vervielfältigung von Nukleinsäuren beruhen, um das Signal für den Nachweis zu erhöhen. Für andere relevante Moleküle wie Metaboliten ist dies nicht möglich, was die Metabolomik in Einzelzellen zu einer Herausforderung macht, da die absolute Anzahl der Moleküle in Einzelzellen aufgrund ihrer geringen Größe sehr gering sein kann. Außerdem reagiert das Metabolom sehr empfindlich und schnell auf Umwelteinflüsse, was seine Analyse noch komplexer macht und zeigt, wie wichtig die Metabolomik für das Verständnis des Phänotyps einer Zelle ist. Die NMR-Spektroskopie, eine der leistungsfähigsten Methoden für die chemische Strukturanalyse kleiner Moleküle und Metabolomik, kann aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit nicht für die Einzelzellanalyse verwendet werden.

Im bahnbrechenden ERC-Projekt "SingleCellQNMR" werden NV-Quanten-Sensoren eingesetzt, um dieses Problem zu überwinden, da sie das ideale Werkzeug sind, um NMR-Signale aus kleinsten Volumina zu detektieren, wie z. B. aus einer einzelnen Säugetierzelle.