微量の放射性医薬品（ラジオアイソトープ、 radioisotope）を注射（あるいは内服）すると、その薬の性質により特異的に病気の部位や臓器に集まるため、その分布を撮影して診断を行ないます。

主要な分野であるがん、脳神経、心臓を始め、全身の様々な臓器の働きや病気を調べることができ、安全で副作用の少ない検査が殆どです。

代表的な対象疾患としては

• がんの原発や転移の診断：がんによく集まる放射性医薬品を用います。PET検査も含みます。
• 心臓の病気の診断：心筋梗塞や狭心症などの冠動脈疾患、心不全、心筋症など。
• 脳の病気の診断：認知症や脳血管障害の診断など。
• 甲状腺の病気の診断と治療：甲状腺機能亢進症（バセドウ病を含む）、甲状腺癌など。バセドウ病の治療にもアイソトープによる核医学治療が行なわれています。
• 骨の診断：骨転移や骨折、代謝の異常など。
• 消化器の診断：肝臓や胆道系、消化管出血など。食道シンチ用の解析ソフトを公開中です。

核医学治療（アイソトープ治療、内用療法）は、主にがん細胞を選択的に照射する治療です。
甲状腺疾患に放射性ヨウ素（I-131）を用いる核医学治療は広く行われています。
その他にも神経内分泌腫瘍の核医学治療（PRRT）、褐色細胞腫やパラガングリオーマなどに I-131 MIBGを用いる核医学治療、去勢抵抗性前立腺癌の骨転移や悪性リンパ腫に対する核医学治療も行われています。