放射性同位元素（radioisotope, RI）を使用して，その原子核から発生する放射線（主としてガンマ線）を診断に応用する放射線医学の一分野である．放射性同位元素は，安定元素と化学的性質において同一であり，生体内での代謝が同様である．核医学検査はこのことを利用した検査であり，生体内に投与されたRI（多くの場合，化学物質の一部に標識される）を，化学的トレーサとして用い，その挙動を追跡することによって生体の形態，機能を知り，病態生理を把握し，診断に役立てるものである．方法論的にはRIを人体に投与することにより行う方法（in vivo検査）と，人体には直接投与せず主として血清，尿などの患者試料にRI試薬を加えて試験管内で行う方法（in vitro検査）に大別できる．核医学検査で得られる画像は，X線を使用して得た画像に比べて，分解能が悪いという一面を持っている．しかし，X線を使用して得た画像が，解剖学的な画像であり，形態診断に役立つのに対して，核医学の画像は，上記の様なRIをトレーサとして使用するという特異性から，生体の機能画像であり，機能診断のための画像である．このことが，核医学検査の最大の特徴であり，ほかの検査手法にはない核医学独自の役割がここに存在する．検査機器としては，ガンマカメラ，SPECT装置，PET装置などが代表的である．