Obejmuje diagnozowanie i leczenie chorób przy użyciu izotopów promieniotwórczych.

• Metodą obrazowania stosowaną w tej dziedzinie medycyny jest scyntygrafia. Jej zaletą jest, poza uwidacznianiem struktury, również możliwość badania funkcji czynnościowej danego organu. Metody medycyny nuklearnej stosowane są w celu lokalizacji zmian chorobowych, niewidocznych przy użyciu innych metod diagnostycznych. 
• Terapie izotopowe wykorzystywane są 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).
• Medycyna nuklearna stosowana jest też jako narzędzie w diagnostyce i leczeniu chorób endokrynologicznych (głównie chorób tarczycy). Zastosowanie tej techniki umożliwia zróżnicowanie między "zimnymi" i "ciepłymi" guzami.

• układ kostny:
  • scyntygrafia technetem ^99mTc-MDP
  • paliatywne leczenie bólów kostnych z powodu przerzutów do kości strontem ⁸⁹Sr lub samarem ¹⁵³Sm
• tarczyca:
  • scyntygrafia technetem ^99mTc 
  • scyntygrafia jodem ¹³¹J
  • terapia jodem ¹³¹J
• nerki:
  • renoscyntygrafia technetem ^99mTc-DTPA
• układ chłonny (węzły wartownicze):
  • limfoscyntygrafia ^99mTc

Uwaga! Pacjenci kierowaniu na diagnostykę lub terapię izotopową obowiązkowo powinni mieć przy sobie aktualne wyniki wszystkich badań wykonanych w związku z prowadzonym leczeniem.