In der heutigen Zeit werden in der Medizin vielfältige Möglichkeiten zahlreicher technischer Methoden ausgeschöpft, welche ein äußerst präzises und vorsichtiges Vorgehen verlangen.
Dies trifft insbesondere auch auf jenen, als Nuklearmedizin bezeichneten Teilbereich der hochentwickelten modernen Heilkunde zu, der zu wissenschaftlichen, diagnostischen und therapeutischen Zwecken natürliche oder künstliche Radionuklide einsetzt. Bei diesen instabilen Nukliden handelt es sich um bestimmte Arten von radioaktiven Atomen, deren Kerne sowohl dieselbe Massenzahl, als auch Kernladungszahl aufweisen.
Anders als Isomere zerfallen sie immer auf die gleiche Weise, da sie sich ständig im gleichen Energiezustand befinden.
Die medizinische Forschung in diesem Bereich beschäftigt sich etwa damit, neue Methoden und Anwendungsbereiche zu finden, sowie die Anwendung im diagnostischen und therapeutischen Bereich szientifisch zu begleiten, um aus der praktischen Erfahrung neue Erkenntnisse zu schöpfen.
Im Bereich der Diagnose, welche in der Fachsprache auch als Radionuklid- oder Isotopendiagnostik bezeichnet wird, kommen die noch in kleinsten Mengen nachweisbaren Radionuklide zur Anwendung, um die Organ- oder Gewebefunktion, sowie deren Durchblutung zu beurteilen, aber ebenso, um krankhaft abweichende Veränderungen des Gewebes zu erkennen.
Die Nuklearmedizin benutzt hier also Stoffe, welche radioaktiv markiert wurden, um Organe abbilden zu können, aber sie setzt auch offene Radionuklide in der Strahlenbehandlung ein.
Bösartige Gewebewucherungen, wie etwa Tumore können durch diese so genannte Isotopentherapie behandelt werden. Dabei kommen zum Beispiel Gammastrahler zum Einsatz.
Ebenso werden Arzneimittel eingesetzt, welche Radionuklide enthalten. Diese radioaktiven Präparate werden als Radiopharmaka bezeichnet.

In der nuklearmedizinischen Diagnostik werden Mittel verwendet, die Gammastrahlen oder Positronen abgeben, also positiv geladene Elementarteilchen. Die Strahlenaktivität dieser Mittel - in der Regel solche mit kurzer Halbwertzeit - wird unter anderem genutzt, weil sie außerhalb des Körpers gut zu messen ist. Im therapeutischen Bereich hingegen werden häufig auch Betastrahler genutzt, weil sich die Wirkung der Strahlung dabei gut örtlich begrenzen lässt und auf diese Weise einem zu tiefen Eindringen in das Gewebe vorgebeugt werden kann.