I de bredaste termerna fokuserar fysikstudier på fysiska objekt, deras sammansättningsmaterial och deras interaktioner och rörelse genom rum och tid. Fysik används som ett sätt att förklara händelser och situationer som inträffar i den naturliga världen, och fysikteorier är därför en stark komponent i flera vetenskapliga discipliner, inklusive astronomi, biologi och nukleära studier. Användningen av fysik inom nuklearmedicin innebär att tillämpa fysikprinciper och teorier som radioaktivt sönderfall och fusion eller fission för att generera medicinsk teknologi. Att studera materia på de mest grundläggande partikelcellnivåerna är hörnstenen i fysiken inom nuklearmedicin. Principer inom kärnfysik används oftast medicinskt vid bildtestning och läkemedelsframställning.
Nuklearmedicin är en form av tillämpad fysik. Tillämpningar av fysik inom nuklearmedicin använder sig av fysikteorier och subdiscipliner för att designa och skapa arbetsobjekt eller nya metoder för att utföra uppgifter. De använder rigoröst testade vetenskapliga metoder och försöker tillämpa stabila och oföränderliga vetenskapliga lagar. Kvantmekanik, till exempel, är ett fysikunderfält som tar upp hur partiklar som de som genereras vid radioaktivt sönderfall också har vågliknande egenskaper och hur dessa partiklar interagerar både med varandra och med energikrafter.
Kärnfysik är grunden för kärnteknik, inklusive nuklearmedicin. Detta breda fält är fokuserat på kärnorna som finns i atomer, särskilt deras struktur och interaktioner. Forskare kan manipulera de inre delarna av dessa celler och skapa kraftfulla reaktioner, som vanligtvis producerar strålning – en grundläggande fysikprincip för energi som rör sig genom rymden. Kärnforskningsaktiviteter som kan generera energi inkluderar påskyndning, uppvärmning, överföring, sönderfall, splittring och sammansmältning. De sistnämnda verksamheterna är särskilt framträdande inom nuklearmedicin.
Fission och fusion är kärnreaktioner som kan användas för att generera energi för fysik inom nuklearmedicin. Den förra händelsen involverar splittring av atomära partiklar, medan den senare involverar att kombinera atomärt material. Fysiker framkallar dessa reaktioner i enheter som kallas kärnreaktorer. Inom det medicinska området används forskningsreaktorer ofta för analys, för testning och för att producera radioisotoper, eller atomernas kärnmaterial.
En huvudkomponent i kärnfysiken inom medicinen är relaterad till bilddiagnostik. Dessa processer – även kallade nuklidavbildning – äger rum när läkaren injicerar nuklidpartiklar i kroppen. När dessa partiklar sönderfaller genererar de radioaktiva former av energi som kallas gammastrålar. Specifik utrustning som gammakameror upptäcker då skillnader i radioaktivitet. Variationer ger ofta insikt i olika kroppsregioners och delars funktionella kapacitet.
Vid radioaktivt sönderfall som det som finns i avbildningsmetoder är partikelaktiviteterna kända inom fysiken som svaga interaktioner eftersom de inte skapar en stark och bindande effekt. Andra typer av grundläggande interaktionstyper inom fysik inkluderar elektromagnetism och gravitation. Läkare använder de elektriskt laddade partikelinteraktionerna i elektromagneticism för att skapa magnetisk resonanstomografi (MRI) maskiner.
En annan tillämpning av fysik inom nuklearmedicin sker när nuklidmaterial används för medicinska behandlingar. Till exempel, när radionuklidmaterial kombineras med vissa typer av läkemedel, blir resultatet av denna interaktion radiofarmaka. Dessa behandlingar används oftast för specifika typer av tillstånd, såsom cancer. Direktenergistrålningskällor kan också användas i cancerstrålterapibehandlingar, där strålar av strålning riktas mot målområden i kroppen i hopp om att de kommer att förstöra skadliga ämnen.