La médecine nucléaire a été développée dans les années 1950, lorsque médecins et physiciens ont perçu le potentiel offert par l’utilisation contrôlée de substances radioactives en faibles doses. Ils ont alors développé les premiers traitements capables d'agir de l’intérieur contre le cancer de la thyroïde.
De nouveaux outils d’imagerie médicale ont été ensuite développés. Ils se basent sur l’émission de rayonnement par des substances injectées au patient. Ces substances sont appelées des traceurs radioactifs ou radiotraceurs.
Contrairement aux techniques employées en radiologie et en radio-oncologie, le rayonnement n’est donc pas extérieur au patient mais provient de l'intérieur.