Με την ευρύτερη έννοια, οι μελέτες της φυσικής επικεντρώνονται στα φυσικά αντικείμενα, τη σύνθεση τους και τις αλληλεπιδράσεις και την κίνησή τους μέσα στο χώρο και το χρόνο. Η φυσική χρησιμοποιείται ως μέσο για την εξήγηση γεγονότων και καταστάσεων που συμβαίνουν στον φυσικό κόσμο, και επομένως οι θεωρίες της φυσικής αποτελούν ισχυρό συστατικό πολλών επιστημονικών κλάδων, όπως η αστρονομία, η βιολογία και οι πυρηνικές μελέτες. Η χρήση της φυσικής στην πυρηνική ιατρική περιλαμβάνει την εφαρμογή αρχών και θεωριών φυσικής όπως η ραδιενεργή διάσπαση και η σύντηξη ή η σχάση για τη δημιουργία ιατρικής τεχνολογίας. Η μελέτη της ύλης στα πιο βασικά επίπεδα σωματιδιακών κυττάρων είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της φυσικής στην πυρηνική ιατρική. Οι αρχές της πυρηνικής φυσικής χρησιμοποιούνται συχνότερα ιατρικά στη δοκιμή εικόνων και στη δημιουργία φαρμακευτικών προϊόντων.
Η πυρηνική ιατρική είναι μια μορφή εφαρμοσμένης φυσικής. Οι εφαρμογές της φυσικής στην πυρηνική ιατρική χρησιμοποιούν θεωρίες και επιμέρους κλάδους της φυσικής για να σχεδιάσουν και να δημιουργήσουν αντικείμενα εργασίας ή νέες μεθόδους για την εκτέλεση εργασιών. Χρησιμοποιούν αυστηρά δοκιμασμένες επιστημονικές μεθόδους και προσπαθούν να εφαρμόσουν σταθερούς και αμετάβλητους επιστημονικούς νόμους. Η κβαντομηχανική, για παράδειγμα, είναι ένα υποπεδίο της φυσικής που ασχολείται με το πώς σωματίδια όπως αυτά που παράγονται στη ραδιενεργή διάσπαση έχουν επίσης κυματοειδείς ιδιότητες και πώς αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν τόσο μεταξύ τους όσο και με ενεργειακές δυνάμεις.
Η πυρηνική φυσική είναι το θεμέλιο της πυρηνικής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της πυρηνικής ιατρικής. Αυτό το ευρύ πεδίο επικεντρώνεται στους πυρήνες που βρίσκονται στα άτομα, ιδιαίτερα τη δομή και τις αλληλεπιδράσεις τους. Οι επιστήμονες μπορούν να χειριστούν τα εσωτερικά τμήματα αυτών των κυττάρων και να δημιουργήσουν ισχυρές αντιδράσεις, οι οποίες συνήθως παράγουν ακτινοβολία – μια βασική φυσική αρχή της ενέργειας που κινείται στο διάστημα. Οι δραστηριότητες πυρηνικής έρευνας που μπορούν να παράγουν ενέργεια περιλαμβάνουν την επιτάχυνση, τη θέρμανση, τη μεταφορά, την αποσύνθεση, τη διάσπαση και τη σύντηξη. Οι τελευταίες δραστηριότητες είναι ιδιαίτερα εμφανείς στην πυρηνική ιατρική.
Η σχάση και η σύντηξη είναι πυρηνικές αντιδράσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας για τη φυσική στην πυρηνική ιατρική. Το πρώτο γεγονός περιλαμβάνει τη διάσπαση ατομικών σωματιδίων, ενώ το δεύτερο περιλαμβάνει το συνδυασμό ατομικού υλικού μαζί. Οι φυσικοί προκαλούν αυτές τις αντιδράσεις σε συσκευές που ονομάζονται πυρηνικοί αντιδραστήρες. Στον ιατρικό τομέα, οι ερευνητικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούνται συχνά για ανάλυση, για δοκιμές και για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων ή του πυρηνικού υλικού των ατόμων.
Ένα κύριο συστατικό της πυρηνικής φυσικής στην ιατρική σχετίζεται με τη διαγνωστική απεικόνιση. Αυτές οι διαδικασίες – που ονομάζονται επίσης απεικόνιση νουκλεϊδίων – λαμβάνουν χώρα όταν ο γιατρός εγχέει σωματίδια νουκλεϊδίων στο σώμα. Καθώς αυτά τα σωματίδια διασπώνται, παράγουν ραδιενεργές μορφές ενέργειας που ονομάζονται ακτίνες γάμμα. Στη συνέχεια, ο ειδικός εξοπλισμός, όπως οι κάμερες γάμμα, ανιχνεύει διαφορές στη ραδιενέργεια. Οι παραλλαγές συχνά δίνουν μια εικόνα για τις λειτουργικές ικανότητες διαφορετικών περιοχών και τμημάτων του σώματος.
Στη ραδιενεργή διάσπαση, όπως αυτή που βρίσκεται στις πρακτικές απεικόνισης, οι δραστηριότητες των σωματιδίων είναι γνωστές στη φυσική ως ασθενείς αλληλεπιδράσεις επειδή δεν δημιουργούν ισχυρό και δεσμευτικό αποτέλεσμα. Άλλοι τύποι βασικών τύπων αλληλεπίδρασης στη φυσική περιλαμβάνουν τον ηλεκτρομαγνητισμό και τη βαρύτητα. Οι γιατροί χρησιμοποιούν τις ηλεκτρικά φορτισμένες αλληλεπιδράσεις σωματιδίων στον ηλεκτρομαγνητισμό για να δημιουργήσουν μηχανές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI).
Μια άλλη εφαρμογή της φυσικής στην πυρηνική ιατρική εμφανίζεται όταν χρησιμοποιούνται υλικά νουκλεϊδίων για ιατρικές θεραπείες. Για παράδειγμα, όταν το υλικό ραδιονουκλεϊδίου συνδυάζεται με ορισμένους τύπους φαρμάκων, το αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης είναι τα ραδιοφάρμακα. Αυτές οι θεραπείες χρησιμοποιούνται συχνότερα για συγκεκριμένους τύπους καταστάσεων, όπως ο καρκίνος. Οι πηγές άμεσης ακτινοβολίας ενέργειας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε θεραπείες ακτινοθεραπείας καρκίνου, στις οποίες ακτίνες ακτινοβολίας κατευθύνονται σε περιοχές στόχους στο σώμα με την ελπίδα ότι θα καταστρέψουν επιβλαβείς ουσίες.