脳の核医学検査には、脳の血液の流れを調べたり、脳内の神経回路や神経伝達の状態、糖代謝をみる検査などがあります。

脳の血流のわずかな変化をみつけることで、脳梗塞、てんかん、認知症などの病気を診断したり、神経伝達や糖代謝の状態を調べることで、てんかんの発作を起こす部位(焦点)を検索する際に用いられます。また、脳内ドパミン神経の変性（状態・機能の変化）や脱落(機能の消失)の程度を調べることで、パーキンソン症候群とレビー小体型認知症の診断に用いられています。

心臓の核医学検査には、心臓の筋肉(心筋)に栄養を運ぶ血流の状態や、心筋組織のエネルギー代謝、交感神経の働きをみる検査があります。

腫瘍や炎症の核医学検査では、腫瘍や炎症の部位に集まる放射性医薬品を注射して場所を特定したり、進行の程度を調べます。通常は全身の画像を撮り、放射性医薬品の集まる程度をみます。

骨の核医学検査では、全身の骨の代謝の様子を画像にして、がんの骨転移、外傷等によるごく小さな骨折など、X線検査ではわかりにくい様々な骨の状態を詳しく調べます。

治療の前後に検査を行うことで、その効果をみたり、疲労骨折や骨粗しょう症による骨折の早期発見などにも用いられています。