پزشکی هسته‌ای (به انگلیسی: Nuclear Medicine) شاخه‌ای از فیزیک پزشکی و پرتونگاری مولکولی، است که از خواص هسته‌ای مواد (مثل رادیوایزوتوپ‌ها) برای تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده می‌کند. داروسازی هسته‌ای نیز به این شاخه از علوم پایهٔ پزشکی کمک می‌کند.
ویژگی پزشکی هسته‌ای در این است که توانایی ارایه دادن اطلاعات تصویری از فرایندها و عملکردهای متابولیکی بدن را دارد در صورتیکه دیگر مدالیته‌های تصویر برداری‌های پزشکی همانند مقطع‌نگاری رایانه‌ای و ام‌آرآی عموماً اطلاعات ساختاری و آناتومیکال تولید می‌کنند.
پرکاربردترین رادیوایزوتوپ در پزشکی هسته‌ای تکنیتیوم-۹۹m است. و از مدالیته‌های پر استفاده در پزشکی هسته‌ای می‌توان مقطع‌نگاری با نشر پوزیترون و مقطع‌نگاری رایانه‌ای تک‌فوتونی (به انگلیسی: SPECT) را نام برد. در حالت تلفیقی (به انگلیسی: hybrid) نیز سیستم‌های پت-سی‌تی و اسپکت-سی‌تی بسیار پر مصرفند.
