Zajmuje się leczeniem i diagnozowaniem chorób przy użyciu izotopów promieniotwórczych, w zakresie fizjologii ciała, organów, miejsc chorobowo zmienionych. Metody medycyny nuklearnej wykorzystywane są między innymi w onkologii, w leczeniu niektórych typów nowotworów oraz jako zabiegi paliatywne, mające na celu zmniejszenie dolegliwości bólowych. Także wykorzystywana przy lokalizacji zmian chorobowych, w diagnostyce. Medycyna nuklearna – gałąź medycyny zajmująca się leczeniem i diagnozowaniem chorób przy użyciu izotopów promieniotwórczych, zajmuje się głównie fizjologią ciała, organów, i chorób. Metody medycyny nuklearnej wykorzystywane są między innymi w onkologii, w leczeniu niektórych typów nowotworów oraz jako zabiegi paliatywne, mające na celu zmniejszenie dolegliwości bólowych, związanych z występowaniem rozsianego procesu nowotworowego (np. przerzuty do kości). Stosowane są również w celu lokalizacji zmian, niewidocznych przy użyciu innych środków. Medycyna nuklearna stosowana jest również jako narzędzie w diagnostyce i leczeniu chorób, np.endokrynologicznych (głównie chorób tarczycy). Zastosowanie tej techniki umożliwia zróżnicowanie między "zimnymi" i "ciepłymi" guzami. Metodą obrazowania stosowaną w medycynie nuklearnej jest scyntygrafia. Zaletą tej techniki jest, poza uwidacznianiem struktury, również dodatkowa możliwość badania funkcji czynnościowej danego organu. Dodatkowo ta gałąź medycyny zajmuje się diagnostyką in vitro, czyli oznaczaniem poziomu substancji we krwi metodami radioimmunologicznymi, przy pomocy znaczników izotopowych (np. w celu określenia poziomu niektórych hormonów). Podstawowym radionuklidem stosowanym w metodach diagnostycznych medycyny nuklearnej jest technet 99mTc. Terapeutyczne zastosowanie substancji promieniotwórczych dotyczy głównie chorób nowotworowych tarczycy, gdzie od wielu lat stosuje się jeden z syntetycznych izotopów jodu, 131I Szczególna uwaga należy się metodom terapii nowotworowej będącym kombinacją chemoterapii i radioimmunoterapii (z zastosowaniem znakowanych monoklonalnych przeciwciał) m.in. w chorobie Hodgkina (Zevalin). Pozytonowa Tomografia Emisyjna (ang. Positron emission tomography, PET) jest techniką obrazowania, w której (zamiast jak w tomografii komputerowej – zewnętrznego źródła promieniowania rentgenowskiego lub radioaktywnego) rejestruje się promieniowanie powstające podczas anihilacji pozytonów (anty-elektronów). Źródłem pozytonów jest podana pacjentowi substancja promieniotwórcza, ulegająca rozpadowi beta plus. Substancja ta zawiera krótko żyjące izotopy promieniotwórcze, dzięki czemu większość promieniowania powstaje w trakcie badania, co ogranicza powstawanie uszkodzeń tkanek wywołanych promieniowaniem. Niestety wiąże się także z koniecznością uruchomienia cyklotronu w pobliżu (krótki czas życia izotopów to także krótki maksymalny czas ich transportu) co znacząco podnosi koszty.