Die Nuklearmedizin ist die Anwendung von offenen Radionukliden zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken (Radionuklidtherapie). Sie umfasst zudem die Anwendung weiterer radioaktiver Substanzen und kernphysikalischer Verfahren zur Funktions- und Lokalisationsdiagnostik. George de Hevesy (1885–1966) lebte in Untermiete und hatte 1923 den Verdacht, dass seine Vermieterin ihm nicht gegessenen Pudding in der darauf folgenden Woche erneut anbot. Er mischte eine kleine Menge eines radioaktiven Isotops unter die Essensreste. Als sie ihm eine Woche später einen Pudding auftischte, konnte er Radioaktivität in einer Probe des Auflaufs nachweisen. Als er damit seine Vermieterin vorführte, hat sie ihm umgehend gekündigt. Die angewandte Methode machte ihn zum "Vater der Nuklearmedizin". Sie hat sich als Tracermethode etabliert, die bis heute in der nuklearmedizinischen Diagnostik eingesetzt wird. Eine geringe Menge eines radioaktiven Stoffes, seine Verteilung im Organismus und sein Weg durch den menschlichen Körper können von außen verfolgt werden. Dies gibt Auskunft über diverse Stoffwechselfunktionen des Körpers. Zunehmender Strahlenschutz wird dabei durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Radionuklide erreicht. So wurden beispielsweise die Quecksilberverbindungen 203Chlor-Merodrin und 197Chlor-Merodrin in den 1960er Jahren wieder verlassen, da Substanzen entwickelt worden waren, die bei geringerer Strahlenbelastung eine höhere Photonenausbeute zuließen. In der Radionuklidtherapie werden Betastrahler wie 131I, 90Y verwendet. In der nuklearmedizinischen Diagnostik werden die β+-Strahler 18F, 11C, 13N und 15O in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) als radioaktive Markierung der Tracer eingesetzt. An der Entwicklung der Radiopharmaka (isotopenmarkierte Arzneimittel) arbeitet kontinuierlich die Radiopharmazie.