Se trata de una especialidad médica destinada principalmente a fines de diagnóstico pero también con importantes aplicaciones en el área terapéutica. Su fundamento diagnóstico se basa en la aplicación de una cierta cantidad de material radiactivo administrado en general por vía intravenosa, y el seguimiento de su distribución en el organismo por medio de un aparato denominado gamacámara.

La sustancia empleada emite una radiación gamma (muy parecida a los rayos X) que es detectada externamente y permite crear una imagen del órgano en el cual se localiza. Según el órgano que se desea estudiar, la sustancia radiactiva se acopla químicamente a una molécula que será preferentemente «atrapada» por ese órgano, de manera que es posible detectar si éste funciona normalmente o presenta alteraciones. Se trata entonces de un diagnóstico eminentemente funcional y no anatómico como es el caso de la Radiología, la Tomografía Computada o la Resonancia Magnética, por lo cual pueden llegar a detectarse enfermedades que otros métodos no demuestran, o lo hacen más tardíamente.

Los estudios de Medicina Nuclear son incruentos, es decir que no seacompañan de efectos adversos severos ni molestias más allá de una punción venosa, integrando lo que se conoce como «métodos no invasivos». En general carecen de contraindicaciones y pueden aplicarse con seguridad incluso en niños pequeños, constituyendo la única precaución el embarazo.

En cuanto a la terapia, se basa en la aplicación de otros tipos de elementos radiactivos en dosis mayores y en general con emisión beta además o en vez de la gamma, ya que esa radiación es efectiva para producir daño a las células que se intentan combatir. Estos tratamientos son muy bien tolerados y raramente se acompañan de efectos indeseables.