Nükleer tıp, birçok hastalığın teşhis ve tedavisinde kullanılan bir tıbbi alandır. Öne çıkan bazı hastalık grupları şunlardır: Kanser: Kanser tespiti, evreleme ve bazı kanser türlerinin tedavisi için kullanılır. Tiroid hastalıkları: Tiroid bezinin fonksiyonlarını değerlendirmek ve tiroid nodüllerini belirlemek için kullanılır. Kemik hastalıkları: Kemik sintigrafisi gibi yöntemlerle kemik yapılarının değerlendirilmesinde kullanılır. Kalp ve damar hastalıkları: Koroner arter hastalığı ve kalp yetmezliği gibi durumların teşhisinde kullanılır. Nörolojik hastalıklar: Alzheimer, Parkinson ve epilepsi gibi hastalıkların değerlendirilmesinde yardımcı olur. Akciğer hastalıkları: Akciğer fonksiyonlarının değerlendirilmesi ve akciğer embolilerinin teşhisinde kullanılır. Nükleer tıp, ayrıca gastrointestinal, genitoüriner ve ortopedik hastalıkların teşhisinde de rol oynar.