Diagnostisia radioisotooppeja käytetään keskushermoston, luuston, munuaisten, maksan ja retikuloentodeliaalijärjestelmän, hengityselinten, kilpirauhasen, sydämen, verisuonten, tulehdusten, infektioiden ja kasvainten diagnosointiin.
Selvitetään elinten aineenvaihdunnallisia ja toiminnallisia häiriöitä. Tällaisia tutkimuksia sanotaan isotooppitutkimuksiksi.
Isotooppitutkimuksissa potilaan saama säteilyannos on hyvin pieni, 4,2 mSv, joten tutkimuksia voidaan tehdä myös lapsille. Tutkimukset tehdään usein polikliinisesti eikä potilaan tarvitse olla tutkimuksen jälkeen eristyksissä.
Isotooppihoidoista yleisin on kilpirauhasen liikatoiminnan hoito. Myös veri- ja nivelsairauksien sekä luustometastaasien hoitoon voidaan käyttää radiolääkkeitä.