המחלקה לרפואה גרעינית מתמחה בטיפול, אבחון ומחקר באמצעות חומרים רדיואקטיביים במינון נמוך וקרינה מייננת. ברוב המקרים, חומר רדיואקטיבי מוזרק למטופל דרך הוריד לצורך אבחנה. לאחר הספיגה ברקמה מבוצעת סריקה באמצעות סורק PET/CT או מצלמת גמא. מכשירי דימות אלה מכילים גלאים הקולטים פוזיטרונים או קרינת גמא הנפלטת מן החומר הרדיואקטיבי כדי לדמות את החריגות בגוף וכדי ללמוד על שינויים פתולוגיים ותפקוד הרקמה. בכך ענף רפואה זה נכלל בתחום הדימות הרפואי התפקודי.
כמו כן, הרפואה הגרעינית מנצלת את התנאים הביו-פיזיקליים של התא כדי לטפל ולהרוס, בעזרת קרינת בטא, גידולים סרטניים בצורה מבוקרת, מבלי לפגוע ברקמת התאים הבריאה (רדיותרפיה).
רפואה גרעינית משמשת לאבחון, ניהול, טיפול ופרוגנוזה של מחלות במגוון רחב של התמחויות רפואיות, כגון אונקולוגיה, נוירולוגיה, לב וכלי דם, ולכן היא חלק בלתי נפרד מטיפול במחלות ואבחון מטופלים.
