医生肉眼看不到的人体内脏，手触不到脏器的全貌，影像诊断，就是采用各种现代技术，获取目标器官（靶器官，targetorgan）的图像，分析与正常图像的特征性差异，以达到诊断疾病之目的。根据组织密度不同对X射线的吸收系数亦不相同的原理，可以用X线获得脏器的投影；组织密度不同对声波的反射不同，可以获得脏器超声图像；利用磁场效应可以获得人体脏器的磁共振图像等等。核医学成像技术不同于上述各种，它是根据脏器摄取带有放射性的物质（显像剂）后，由于靶器官与非靶器官，正常组织与病变组织存在分布上的差异，靶器官的选择性摄取、病变组织细胞的选择性摄取或因无正常功能而不摄取，显像剂的分布就出现显著的不同。核仪器收集来自靶器官内部发射出的核射线信息，并根据各部位发射射线的密度用计算机组成图像，这种图像直接反映器官各部位细胞的功能，故称之为“功能显像”。
X线CT，又叫“穿透型CT”，由X线管球发射出X线束，穿过靶器官时，由于靶器官组织对X线的吸收，接收器所得到的X线强度信息，不等于入射时的强度，从而显示不同密度组织。
ECT，又名“发射型CT”，探测器围绕靶器官旋转，收集来自靶器官的γ射线。由位置译码器识别每一个信息的来源，再由计算机构成图像。只能显示靶器官的功能图像，不显示邻近器官的结构。
ECT是专为采集核射线信息成像设计的，它有专门探测核射线（γ射线）的探头、固定探头并能向各方位转动的支架、装有系统程序的中心控制台（能高速运行和进行大量数据处理和存贮的高性能电子计算机，16～64位）。
在采集程序控制下，探头收集到从靶器官发射出来的γ射线，经晶体光放大（变成可见光）导向光电倍增管（P.M.T）的阴极（矩阵排列于晶体表面的光导面上，常有50～107支），转变成电脉冲信号，按位置译码器指定位置输送到计算机，计算机将信号经模/数（A/D）转换成数字存贮起来。在处理程序控制下，计算机将进行数/模（D/A）转换，按信号来源卒标方位上的象素（pixel）点在屏幕上投射成图像。这种图像是一种单一平面图像（二维），信息重叠、模糊度大，只适用于小脏器显像或动态显像，对深层结构观察较困难。若探头以靶器官为中心旋转，多平面采集时，则可获得三维图像即所谓ECT图像。这种图像按一定厚度切层，可观察不同方位、不同深度平面的显像剂分布图像。
核医学成像的效果，注意下列三个方面：
（1）要有适合用于人体的核素，这种核素除了对人体无害之外，还须有适合核仪器体外探测的射线，而且核射线对组织的损害是最小的一种；
（2）显像剂对靶器官具有专一性，并在其中有适当的滞留时间；
（3）投入显像剂的含量、放射性强度、采集方式和条件及图像处理技术必须选择最佳指标，能控制其稳定性。
前两条是讲的显像剂，后者是方法学，这些都是指的易变量，没有整套质量控制和质量保证措施，会严重影响图像效果，影响图像的可信性。此外，仪器的工作条件须在最佳状态，其线性、均匀性、灵敏度和旋转中心及分辩率应半年左右进行一次校正。
检查方法与适用范围
按临床要求选择方法，有静态与动态显像；平面与断层显像；局部与全身显像；运动与静息显像。现介绍各自方法及适用范围：
静态显像，指采集某一观察面在一定时间内的总放射性分布图像。多用于小器官显像和粗略观察某器官的形态、位置、大小及放射性分布、占位性病变的分析。如：甲状腺显像、肋腺显像、脑、肺、心、肝、盆腔、脾、肾的静态平面显像、胃肠道出血定位、美克尔憩室、淋巴结、移植器官、胰腺、肾上腺、睾丸、前列腺等脏器的显像等，因为其方法简便，适用范围较广泛。
动态显像，指对某器官的某一观察面进行连续分时采集，获得不同时间的动态平面图像，这些图像可以提供不同时间的感兴趣区（ROI）信息，还可以电影显示靶器官活动情况。由于引入了“时间-放射活性曲线”的，概念非常适用于脏器功能判断。如：甲状腺、脑、心、肝、肾、胃排空、骨摄取、肝胆等的功能指标。
心血池门电路控制R波触发（简称门控）显像亦属动态显像的一种，即用R波触发采集一个心动周期内不同时期点的放射性信息，用付里叶函数拟合成心脏容积曲线。从此曲线可以分别获得心脏收缩和舒张功能的一系列指标。最近有报道将此方法用于肺显像获得呼吸运动周期肺功能图。
平面显像，即二维显像是与断层（三维）显像相对而言，只能一次观察一个面。应包括静态平面、动态平面、局部平面、运动平面和静息平面显像，因为目前尚不能进行一次性全身断层，因此全身显像就叫“全身XX”如“全身骨显像”就不要叫“全身骨平面显像”。
断层显像，是对靶器官进行360度（或180度）旋转采集多平面信息，用计算机进行图像处理（重建、切层、放大、投影）得到一定厚度的不同观察面和深度的断面图像。这种图像计算机可将它们组合成一个立体图（按不同方向旋转，按不同速度旋转，以便观察）。最适用于大器官显像，如：脑、心、肺、肝等，分析占位性病变、供血情况、脏器容积测量等。脑血流灌注断层显像诊断脑缺血性疾病和癫痫具有独特的优越性；心肌血流灌注断层显像诊断“冠心病”，心肌梗塞及预后判断等，是最接近于导管检查效果的一种无创性检查方法。
局部显像，是与全身显像相对而言，其包括范围很广，局部平面显像、凡分别各脏器的各种检查方法均叫局部显像。
全身显像，指显像剂进入人体后，进行全身采集放射性的分布信息，获取全身性分布图像。如：全身骨显像，全身血池显像，全身淋巴显像，全身软组织显像，全身肿瘤标识物显像及动物实验中药物全身分布显像等等。进行“全身普查”，对寻找恶性肿瘤的转移灶十分有价值，全身骨显像对鼻咽癌、肺癌、乳癌、肠癌、前裂腺癌等最易骨转移的病例，能早期查出转移灶。在帮助外科治疗（如截肢术）方案决策中亦起到不可忽视的作用。
运动（负荷）显像，运动显像即负荷显像，就如同心电图的“运动试验”，是一种采集靶器官（主要是心脏）在负荷状态下核素显像剂的分布信息成像的方法。就心脏来说，有心血池门电路控制显像和心肌门控显像；心肌、心血池断层显像；心肌、心血池门控制层显像。后者由于信息量太大，处理烦锁，资料存贮量大，有些得不偿失，难被广泛应用。目前最常用的是“心血池门控平面显像”和“心肌血流灌注断层显像”。这两组资料加上运动与静息对照已经够全面的了，还有的使用药物对照，更能提供一些有效参数，如心肌梗死的可恢复心肌细胞（存活心肌）的判定很有临床价值。
静息显像，即显示在病人处于休息状态下心脏对核素显像剂的摄取和分布情况。它常与运动显像匹配使用。
从以上所介绍可以看到，核医学影像检查方法全面，适用面广，已不愧为一具有独特性的专门学科。