تستخدم الكيمياء الإشعاعية في التشخيص الطبي للأمراض بعدة طرق، منها:
1- التصوير الإشعاعي: حيث يستخدم الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية والرنين المغناطيسي للكشف عن الأمراض والإصابات في الجسم.
2- تقنية الإشعاع المشع: حيث يتم حقن مادة مشعة داخل الجسم، وتظهر الأشعة التي تصدرها هذه المادة مكان تواجدها داخل الجسم، وبذلك يتم الكشف عن الأورام السرطانية والتشوهات الهيكلية في الأوعية الدموية والأنسجة اللينة.
3- تحليل النواقل المشعة: حيث يتم تحديد النواقل المشعة الموجودة في الدم أو البول للكشف عن الأمراض الوراثية والأورام السرطانية والأمراض العصبية وغيرها.
4- التحاليل المشعة: حيث يتم استخدام الإشعاعات لتحليل العينات الحيوية مثل الدم والبول والأنسجة، وذلك لتحديد نوع الفيروسات والبكتيريا والخلايا السرطانية والأمراض الوراثية.