يمكن استخدام الفيزياء النووية لأغراض عديدة في الطب، فمن أهم استخداماتها:
1- التصوير الطبي باستخدام الإشعاع النووي، مثل تقنية البوزيترون المقننة (PET) وتقنية المقطع المحوري في الطب النووي (SPECT).
2- استخدام المشعات النووية في علاج الأورام السرطانية، حيث يتم توجيه جرعات عالية من الإشعاع إلى الأورام السرطانية بدقة متناهية لتدميرها دون تأثير كبير على الأنسجة السليمة المجاورة.
3- التشخيص والمراقبة وعلاج بعض الأمراض الخلقية، إذ يمكن استخدام تقنيات الجينوم النووي لتحديد تكوين الجينات والجزيئات الحيوية في الأنسجة والخلايا.
4- تطوير الأدوية، حيث يمكن إجراء التجارب على الجسم البشري باستخدام المشعات النووية الطبيعية والاصطناعية لمعرفة كيف يتفاعل الجسم مع الأدوية.
5- الأبحاث العلمية في مجالات متنوعة مثل علم الأحياء الخلوي، والتكنولوجيا الحيوية، وعلم الصيدلة والفارماكولوجيا، وعلم الأشعة والتشخيص الطبي.