放射性同位素的医学应用与它的理化性质紧密相关，二种放射性同位素与同种元素具有相同的化学性质。如磷32是放射性磷，它与稳定的元素磷1的化学性质相同，但放射性同位素能放出射线来，利用测量射线的方法能方便地了解放射性同位素的含量。放射性同位素放出的射线主要有三种：即甲种（α）射线、乙种（β）射线和丙种（γ）射线。甲种射线是氦原子核组成的高速粒子流，每一个粒子就是一个氦核，甲种射线贯穿能力很弱，一张纸即足能完全阻挡；乙种射线是高速度电子流，贯穿能力也弱，可以穿过铝箔；丙种射线是光子流，它与X线、紫外线、可见光、红外线等都是电磁辐射，只是丙种射线的波长更短，贯穿能力很强，能穿过厚的金属，它经过物质时强度逐渐减弱。如果给人体应用一定量的放射性同位素或含有放射性同位素的物质后，再用某些特殊仪器测量上述三种射线就可以了解放射性同位素在人体丙的强度、分布和代谢途径，这种方法通常称为放射性同位素示踪法，这种方法在医学上主要用于诊断和研究物质代谢和药物的体内过程等。另外，射线照射人体组织后能产生电离作用，导致组织损伤和破坏，因此用同位素局部照射是临床放射治疗某些恶性肿瘤和其他一些疾病的重要方法。
1、放射性同位素诊断：放射性同位素用于诊断近十多年来有很大的发展。主要用于诊断甲状腺疾患（如甲状腺机能亢进)、恶性贫血、脑瘤、肝癌以及心、肝、肾等疾患。同位素诊断方法的优点是操作简便，病人无痛苦。但由于同位素诊断需要专用仪器及防护设备（同位素扫描机、闪烁照相机、防护屏等)，工作人员须经专业学习，因此在使用上也受到一定限制。
2、放射性同位素治疗：主要用于恶性肿瘤的放射治疗。常用的同位素有镭、钴60、碘131、磷82、金198等。钴60通常是安装在站60治疗机内或作成站管、站针。用于食管癌、肺癌、宫颈癌等恶性肿瘤的治疗。用放射性碘可治疗甲状腺机能亢进。
