È una disciplina che si caratterizza per l'impiego di sostanze radioattive, radionuclidi artificiali, a scopi sia diagnostici che terapeutici. A differenza di quanto avviene nelle altre tecniche radiologiche di diagnostica per immagini, la sorgente di radiazione non è posta all'esterno del corpo: i radiofarmaci sono somministrati al paziente facendo sì che questo diventi una sorgente di radiazioni.I radionuclidi possono comportarsi come traccianti funzionali, permettendo studi diagnostici "in vivo", o concentrarsi in tessuti patologici, permettendone sia il riconoscimento sia, a volte, l'irradiazione terapeutica.Per quanto riguarda la diagnostica, appositi strumenti, definiti gammacamere, rilevano dall'esterno del corpo la distribuzione del radiofarmaco all' interno dell'organismo, permettendo di ottenere informazioni sull'apparato in studio. Le immagini che si ottengono sono prevalentemente funzionali, in quanto la concentrazione del radiofarmaco è strettamente correlata a processi biochimici che in ultima analisi definiscono la funzionalità dell'organo.