Es la aplicación de las radiaciones ionizantes para el campo de la medicina y se puede utilizar en exploraciones médicas, diagnosis o tratamientos médicos curativos.
La medicina nuclear es una especialidad médica de historia relativamente corta (unos 40 años), que utiliza las radiaciones ionizantes procedentes de radioisótopos o radionucleidos para la realización de estudios morfológicos y funcionales de numerosos órganos, así como las determinaciones radioanalíticas de numerosas sustancias contenidas en el organismo.
El isótopo más utilizado es el tecnecio-99, que tiene un periodo de semidesintegración de 6 horas. En las pruebas PET el más utilizado es la fluor desoxiglucosa y en los estudios analíticos el yodo-125.
También existen tratamientos, como la radioterapia, que consiste en la administración de radiaciones ionizantes con fines curativos para la destrucción de tejidos malignos o tumores. La teleterapia es la forma de radioterapia que utiliza la radiación procedente de un equipo generador situado a cierta distancia de la zona a irradiar, mientras que la braquiterápia es la modalidad de radioterapia que utiliza fuentes cerradas o selladas de material radiactivo que se colocan en contacto con el tumor o se introducen en el seno del mismo.