应用开放型放射性核素发射的核射线对疾病进行诊断，在应用原理、方法、设备和防护等方面都独具特点、已形成一门新兴学科，即临床核医学。核医学虽只有五十多年发展史，但进展迅速、贡献非凡、是医学现代化的主要标志之一。全国已有650多所医院设有核医学科，目前已开展的诊断项目达15类近百项之多。诊断方法按放射性核素标记的药物是否引入人体内，分为体内检查法和体外检查法，前者按是否成像又分为显像和非显像两类方法。
放射性核素在诊断上应用的基本原理是示踪原理，现将各类检查法的诊断原理和特点简述如下。
一、体外检查法的诊断原理和特点
体外检查法是以放射免疫分析（RIA）为代表的体外放射配体结合分析法。它是以放射核素标记的配体为示踪剂，以配体（如抗原）和结合剂（如抗体）的结合反应为基础，在试管内完成的微量生物活性物质的检测技术。这类技术包括放射免疫分析法（RIA）、竞争性蛋白结合分析法（CPBA）、放射受体分析法（RRA），以及放射酶学分析法（REA）等。以RIA法为例，其原理是：以放射性核素标记的抗原为示踪剂，以非标记抗原（标准抗原或被测抗原）为检测对象，共同与限量的特异性抗体进行竞争性免疫结合反应。由于标记抗原与抗体的结合量（因变量）与非标记抗原的含量（自变量）之间，存在竞争性抑制的反函数关系，可依据反映这一函数关系的标准曲线，求出被测抗原的含量。
这类分析技术具有灵敏度高（10-9～10-15g）、特异性强、精密度和准确度高以及应用广泛等特点。迄今可用本技术测定的体内微量生物活性物质，如激素、蛋白质、抗体、维生素、药物等可达300多种。对临床各科的疾病诊断和医学基础研究具有重要意义。Yalow和Berson博士因在1959年创建本法而荣获1977年诺贝尔医学奖。
二、体内检查法的诊断原理和特点
引入体内的放射性核素标记药物，与同类非标记药物相似，根据其化学和生物学特性，表现为一定的生物学行为：或被某一脏器的某种细胞摄取、浓聚；或经由某一脏器清除、排出；或参予某一代谢过程，或仅简单地在某一生物区积存等等。由于它发射能穿透组织的核射线，用放射性探测器可在体表定量探测到放射性药物在体内的吸收、分布和排出等代谢过程，通过计算机、显示器等仪表，可将人体的生理、生化或病理生理，病理变化过程定量和/或定位显示出来，从而对罹患脏器的功能状态和/或功能形态变化作出诊断。
1.核素显像法的特点：放射性核素显像法是以脏器内、外或脏器内正常与病变组织之间的放射性浓度差别为基础的显像方法，而该差别主要取决于脏器和病变的血流量、细胞功能、代谢率和排泄、引流等因素，因此核素显像法不仅可显示脏器和病变的位置、形态、大小等解剖图像、更重要的是同时提供有关脏器和病变的血流、功能、代谢和引流等功能信息，具有多种动态和定量显示的优点、给出脏器的多项功能参数，有助于疾病的早期诊断。此种功能显像法，与以显示形态结构为主的XCT、MRI和US检查法相比、除具有提示脏器的动态功能信息的突出特点外、还具有较高的特异性，诸如肿瘤的特异性显像，对异位甲状腺、肾上腺嗜铬细胞瘤的确诊等，只有依靠本法来解决。但本法受引入放射性活度的限制，成像的信息量不够充分，使本法的成清晰度不如XCT、MRI和US法，因此应根据临床需要将四种医学影像法结合应用、发挥各家所长，以期对疾患作出早期、全面、正确的诊断。
2.非显像法的特点：是利用较简便的放射性探测仪，在体表探测和记录放射性药物被脏器摄取、浓聚和排出的情况，多以时间－放射性曲线形式显示。此法的优点是简便、价廉作为初筛检查有一定临床价值，但由于探测仪是根据脏器的解剖位置定位、与脏器的实际位置可能有差异、有可能影响测量结果的可靠性。
三、常用放射性药物及核医学仪器
放射性药物和核医学仪器是进行核医学诊断的两大必备条件。
1.诊断用放射性药物：凡引入体内的放射性核素标记物均称为放射性药物，其中用于非显像检查者称为示踪剂，如用于甲状腺功能检查的131－Nal、用于肾图检查的131－邻碘马尿酸等；用于显像检查者称为显像剂，99mTc为最常用的理想的显像核素、因它是纯γ光子发射体，能量适中（141 KeV），半衰期为6小时，并能标记多种化合物，几乎可用于所有脏器显像。
2.核医学仪器：γ闪烁探头是绝大多数核医学仪器最基本的部位，其基本原理是将射入闪烁晶体的r光子转化为荧光光子，再通过光电倍增管将荧光光子转化为电脉冲，记录这些电脉冲数、即可得到r光子的发射数量、即放射性强度。由此闪烁探头组成的常用仪器有：①放射免疫计数仪，②r照相机，③单光子发射计算机断层显像仪（SPECT、简称ECT）④核多功能仪，⑤局部脑血流（rCBF）测定仪等。