核医学是利用核素或核射线诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科。

核医学是核技术与医学相结合的产物；广泛应用于疾病诊断、治疗及临床研究，几乎涉及医学各个学科和专业领域。核医学的应用可以使疾病诊断更加全面、深入，使疾病治疗更加科学、合理，是现代医学重要组成部分。在医疗单位，核医学是一门独立的临床医学学科。

核医学分为实验核医学和临床核医学两部分。

实验核医学主要包括放射药物学、放射性核素示踪技术、放射性核素示踪动力学分析、活化分析、放射自显影以及稳定性核素分析等。其任务是利用示踪技术进行医学研究，发展、创立新的诊疗技术和方法，推动临床核医学的发展，促进医学科学的进步。

临床核医学是核医学的重要部分，有显像、功能测定、体外分析及治疗等4大技术手段。临床核医学利用核医学的各种原理、技术和方法来研究疾病发生、发展，研究机体病理生理、生物化学和功能结构的变化，为临床提供病情、疗效及预后信息，达到诊治疾病目的。根据应用目的不同，临床核医学分为诊断核医学和治疗核医学两大部分。诊断核医学包括显像、功能测定、体外分析等；治疗核医学分为内照射治疗和外照射治疗两类。外照射治疗是用放射性核素体表敷贴进行照射的治疗；内照射治疗是将放射性核素引入体内病变靶区进行照射的治疗，内照射治疗是治疗核医学的主要内容。

随着临床核医学的不断发展和完善，又逐步细化形成了各系统核医学，如心血管核医学（又称核心脏病学）、内分泌核医学、神经系统核医学、消化系统核医学、呼吸系统核医学、造血系统核医学、泌尿系统核医学以及肿瘤核医学等分支学科。它反映了核医学不断成熟与完善的过程。

1896年法国物理学家亨利•贝可勒尔发现铀（U、92号元素）的放射性，第一次认识到自发放射现象。1898年波兰化学家玛丽•居里与她的丈夫皮埃尔•居里共同发现了镭（Ra、88号元素）盐具有“放射性”，此后又发现了钚（Pu、94号元素）和钍（Th、90号元素）也具有放射性，并把它们命名为“放射性元素”。1903年贝可勒尔和居里夫妇共获诺贝尔物理学奖；1911年居里夫人又获得诺贝尔化学奖。

1899年，出生于新西兰的英国科学家欧内斯特•卢瑟福发现了穿透力很强的α、β粒子。1910年英国科学家弗雷德里克•索迪提出了核素假说。1903年二人合作并确立了核素衰变理论。分别于1908年和1921年获诺贝尔化学奖。

1923年匈牙利化学家格奥尔格•赫维西（乔治•海韦希）利用Pb-212在豆类植物进行生物示踪实验；1934年用氘水测全身含水量，第一次在人体应用稳定性核素；1935年他首次用P-32用于生物示踪研究；同年又创立了中子活化分析法。1943年获诺贝尔化学奖。在核医学界，被称为“基础核医学之父”。1926年美国波士顿医院内科医师赫尔曼•布卢姆加特首先应用氡研究循环时间，第一次应用了示踪技术，后来又进行了多领域的生理、病理和药理研究。在核医学界，被称为“临床核医学之父”。

1930年美国物理学家劳伦斯生产出第一台回旋加速器。1934年艾伦•居里和她的丈夫约里奥用α粒子照射Al生成 ³⁰P，第一次用人工方法生产了放射性核素。1942年费米在芝加哥大学建立了世界上第一座核反应堆。这些为此后人工放射性核素的大量生产奠定了基础。

1951年美国加州大学的卡森（Cassen）研制第一台扫描机，通过逐点打印获得器官的图像，促进了显像的发展。美国核医学协会专门设立了“Cassen奖”。1957年Anger研制出第一台γ照相机，称Anger照相机，并在日内瓦原子能和平会议上展出。

1959年美国戴维•库赫研制出双探头扫描机，并首先提出了发射式重建断层技术。1972年应用三维显示法，用 ¹⁸F-FDG测定了脑局部葡萄糖的利用率。他的发明成为正电子发射型计算机断层成像（PET）和单光子发射型计算机断层成像（SPECT）技术的基础。被人们称为“发射断层之父”。

1960年美国Berson和Yalow建立了放射免疫分析法，并用于测定血浆胰岛素浓度，1977年为此获得了诺贝尔生物医学奖。

1968年美国John Hopkins医学院的Henry Wager教授确立了“核医学”的概念，1969年医院的同位素科开始改名为核医学科。

此后核医学发展的主要标志是：计算机技术广泛应用于核医学领域；SPECT、PET、PET/CT相继研制成功并应用于临床。

我国核医学发展较晚。1956年，在军委卫生部领导下，丁德泮和王世真教授主持，在第四军医大学举办了“生物医学同位素应用训练班”。标志着中国核医学的诞生。1958年，在北京举办了第一个“同位素临床应用学习班”，标志着我国临床核医学正式起步。同年北京苏联红十字医院（现首都医科大学附属北京友谊医院）和北京医学院第一附属医院（现北京大学第一医院）等医院在前苏联专家的帮助下建立了同位素室。1977年开始，我国将核医学列为医药院校本科生必修课程。1980年，中华医学会核医学分会成立，1981年，《中华核医学杂志》创刊，2012年《中华核医学杂志》更名为《中华医学会核医学与分子影像学杂志》。