核医学诊断包括体内和体外两种检查方法。体内检查法是将开放型放射性核素及其标记物引入体内，实现脏器、组织、病变的显像和功能检查的方法，又分为放射性核素显像和非显像检查法（即功能测定）。体外检查法是在实验室试管内完成生物样品测量的一种超微量检测技术。

透过体内脏器的核辐射在体表可用核仪器探测，把这种信息定量、定位用显像方式显示出来，再经统计学处理，结合病变组织形态结构和功能代谢显像，并与对侧及邻近周围正常组织放射性分布进行对比，从而达到对疾病进行诊断的目的。

放射性核素显像所探测的射线是引入体内的放射性核素发射出来的，射线（称之发射型）不同于X-CT探测的来源于体外而穿透人体的X射线（称之穿透型）。最常用的显像仪器有照相机和发射型计算机断层显像仪(ECT)。发射型计算机断层显像仪根据使用不同的放射性核素及其标记化合物，又分为单光子发射计算机断层显像仪(SPECT)和正电子发射断层显像仪(PET)。

非显像检查法即脏器功能测定，也是基于放射性核素的示踪原理，将示踪剂引入受检者体内后，用功能测定仪在体表对准特定脏器，连续或间断地探测和记录示踪剂在脏器和组织中被摄取、聚集和排出的情况，并以时间-放射性曲线等形式显示，对脏器的血流及功能状态进行判断。非显像检查法的诊断准确性及所能提供的信息不如放射性核素显像，但具有简便、经济、实用的优点。

体外检查法主要是体外放射分析法，不必将放射性核素引入体内，而是在试管内完成的微量生物活性物质的检测技术，最有代表性的是放射免疫分析（RIA）。