中枢神経では主に脳の血流の診断をしています。脳血管障害患者では脳内の比較的太い動脈の狭窄、閉塞の情報と同時に、脳の細胞レベルで血流の情報は重要で、核医学はこの情報を担っています。また腫瘍性病変に対してそのグレードや治療に対する反応、グリオーシスとの鑑別などを行っています。中枢神経核医学として知られるこの領域では、現在次のような情報が得られるようになっています。
脳血流の定量化(絶対値測定)に関する研究、局所脳虚血におけるアセチルコリンリセプタおよびmRNAの変化に関する研究、ベンゾジアゼピンリセプタイメージングによるてんかん焦点の検出に関する研究、ドーパミンリセプタイメージングによるパーキンソン病の評価に関する研究などが含まれています。