放射性核素显像技术是以示踪技术为基础的临床核医学常用技术，是放射性核素示踪技术与成像技术结合的产物。放射性药物引入体内后，将根据药物与脏器或组织的相互作用，参与机体的代谢过程，被脏器或组织吸收、分布、浓聚和排泄。由于放射性核素在自发地衰变中能发射出射线，如γ射线，因此，利用显像仪器能够准确获得核素及其核素标记物在脏器、组织的分布和量变规律，从而达到诊断疾病的目的。

脏器和组织的正常合成功能需要某种元素或一定的化合物，若用该元素的放射性核素或利用放射性核素标记特定的化合物引入体内，可被特定的脏器和组织摄取，从而进行体外显像。例如， ¹⁸F标记的脱氧葡萄糖（ ¹⁸F-FDG）与一般葡萄糖一样可作为能源物质被心肌细胞、脑细胞和肿瘤组织摄取，用正电子发射计算机断层仪（PET）获得图像，观察和分析心肌、脑及肿瘤组织的葡萄糖代谢状况。

单核-吞噬细胞具有吞噬异物的功能。将放射性胶体颗粒等由静脉注入体内，放射性胶体作为机体的异物被单核-吞噬细胞系统的吞噬细胞所吞噬，可用于肝、脾、骨髓显像。而将放射性胶体颗粒注入皮下或组织间隙，则可以被淋巴组织吞噬，用于淋巴回流及淋巴结分布显像。

利用放射性核素进入循环通路的过程，可显示该通路及有关器官的影像。如经腰椎穿刺将放射性药物注入蛛网膜下腔，用于了解脑脊液循环异常；吸入放射性气体或放射性气溶胶，用于判断呼吸道的通气功能；通过静脉“弹丸”式快速注入放射性药物后，可以做放射性核素心血管显像；当显像剂随血流从动脉向相应脏器血管床灌注时，还可获得该脏器的动脉灌注影像；静脉注入直径大于肺毛细血管的放射性药物时，这些颗粒被肺毛细血管床阻断，暂时性的阻塞于部分肺微血管内使肺显像，可以观察肺内血流灌注的情况；将放射性药物引入体内某一空间可以显示该空间的大小和形态可用于心、肝等血池显像等。

病变组织对某些放射性药物有选择性摄取作用，静脉注入该药物后在一定时相内能浓集于病变组织使其显像，如肿瘤阳性显像。

某些脏器对一些引入体内的放射性药物具有选择性摄取并排泄的功能，可显示脏器的形态，还可观察其分泌、排泄功能和排泄通道情况。如静脉注入经肾小管上皮细胞分泌或肾小球滤过的放射性药物，可以显示肾的形态、功能以及尿路通畅情况。使用经肝多角细胞分泌至毛细胆管并随胆汁排泄到肠道的放射性药物则可显示肝、胆囊、胆道及其通道的影像，用以判断肝、胆功能及胆道通畅情况等。

进入体内的某些放射性药物借助简单的通透弥散作用可使脏器和组织显像。例如，静脉注入 ¹³³Xe生理盐水后，放射性惰性气体（ ¹³³Xe）流经肺组织时从血液中弥散至肺泡内可同时进行肺灌注和肺通气显影。某些放射性药物能透过正常的血-脑屏障并较长期地滞留于脑组织，通过显像可了解脑局部的血流量。

静脉注入 ^99mTc-亚甲基二磷酸盐（ ^99mTc-MDP）后可使骨骼清晰显像，其影像分布可以反映骨代谢的活跃程度。其原理就是基于骨骼类似于一个离子交换柱，可以与某些离子或性质类似者进行交换和化学吸附。

放射性标记的受体配体只与该受体结合，放射性标记的抗体只与相应的抗原结合，从而可使受体和含有特殊抗原的组织显影，这种影像具有高度的特异性。例如放射性碘标记的间位碘代苄胍能与肾上腺素能受体结合，使富含肾上腺素能受体的嗜铬细胞瘤及其转移灶等特异性显影。

放射性核素显像反映了脏器和组织的生理和病理生理变化，属于功能代谢影像。核医学显像已经由单纯功能代谢显像，向分子、功能代谢与形态相结合的显像。

显像剂在脏器组织和病变内达到分布平衡时所进行的显像称为静态显像。

显像剂引入人体后以一定速度连续或间断地多幅成像，用以显示显像剂在脏器组织和病变内放射性在数量或位置随时间而发生变化的显像称为动态显像。

指显影范围仅限于身体某一部位或某一脏器的显像。

显像装置沿体表从头至脚或从脚至头做匀速移动，将采集全身各部位的放射性显示成为一帧影像称为全身显像。

放射性探测器置于体表的一定位置显示某脏器的影像为平面显像。

显像装置围绕体表作180°或360°连续或间断采集多体位的平面信息，或利用环状排列的探测器获取脏器各个方位的信息，经计算机重建，获得横断、冠状和矢状位或三维立体影像称为断层显像。

一般认为显像剂引入体内2小时内所进行的显像称为早期显像。

显像剂注入体内2小时以后所进行的显像称为延迟显像。

正常脏器和组织细胞可选择性摄取显像剂，而病灶区不能摄取显像剂，呈现放射性分布稀释或缺损（即“冷区”）的显像称为阴性显像，又称为“冷区”显像。

病灶部位的放射性活度高于正常脏器组织的显像称为阳性显像，又称“热区”显像。

在显像剂引入人体或采集图像时，受检者处于安静状态，没有受到任何生理性刺激或药物干扰所进行的显像称为静息显像。

在显像剂引入人体或采集图像时，给予受检者特定的生理性刺激或药物干扰所进行的显像称为负荷显像，又称为介入显像。

一幅好的图像应具备：影像轮廓完整、对比度适当、病灶显示清楚、解剖标志准确、图像失真度小等。

组织结构解剖分辨率低和解剖定位能力差是以放射性核素示踪技术为技术基础的核医学显像固有缺点，而这些恰恰是CT等影像技术的优势。为弥补核医学影像的不足，将核医学影像与CT、MRI等解剖形态影像进行融合，称为“图像融合”。目前的图像融合技术分为同机图像融合和软件图像融合两种，前者主要包括PET/CT和SPECT/CT等，一次显像同时可以获得CT解剖影像和核医学功能代谢影像，大大改善了核医学影像质量。而后者精确性不如前者，但可以进行不同时间影像的比较，了解疾病的发展变化。同机图像融合技术是医学影像技术又一新的里程碑。