Υπάρχει μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ της ιατρικής απεικόνισης και της φυσικής, επειδή οι περισσότερες τεχνικές απεικόνισης απαιτούν προηγμένες επιστημονικές γνώσεις. Οι μηχανές υπερήχων, για παράδειγμα, δεν θα μπορούσαν να είχαν εφευρεθεί χωρίς μια λεπτομερή κατανόηση των ιδιοτήτων του ήχου υψηλής συχνότητας. Οι σαρώσεις πυρηνικής απεικόνισης και μαγνητικού συντονισμού (MRI) απαιτούν επίσης βαθιά γνώση του πώς αντιδρούν διαφορετικά υλικά σε διάφορες καταστάσεις, όπως υπό την επίδραση ισχυρού μαγνητικού πεδίου.
Πολλές τεχνικές ιατρικής απεικόνισης θα μπορούσαν να έχουν αναπτυχθεί μόνο όταν μια συγκεκριμένη τεχνολογία είχε γίνει καλά κατανοητή, γι’ αυτό η ιατρική απεικόνιση και η φυσική συνδέονται τόσο στενά. Η επιστημονική έρευνα οδήγησε σε μεγαλύτερη γνώση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων υψηλής ενέργειας, των ισχυρών μαγνητικών πεδίων και των υπερήχων. Αυτή η βασική έρευνα επέτρεψε στους ιατρικούς φυσικούς να ερευνήσουν και να αναπτύξουν ιατρικές εφαρμογές για αυτά τα φυσικά φαινόμενα. Είναι επίσης σημαντικό για λόγους ασφαλείας να είναι γνωστά πολλά για έναν συγκεκριμένο τύπο τεχνολογίας, όπως ισχυρά μαγνητικά πεδία για σαρώσεις μαγνητικής τομογραφίας, πριν χρησιμοποιηθούν σε ιατρικές καταστάσεις.
Ο υπέρηχος είναι ένα παράδειγμα του πώς η ιατρική απεικόνιση και η φυσική συνδέονται στενά. Για να πραγματοποιηθεί σάρωση υπερήχων, χρησιμοποιείται ένα μηχάνημα για τη δημιουργία ήχου υψηλής συχνότητας. Αυτός ο ήχος είναι πολύ υψηλός για να τον ακούσει ένας άνθρωπος, αλλά, χάρη στην επιστημονική έρευνα, πολλά είναι γνωστά για το πώς αντιδρά σε διαφορετικά υλικά. Το πλεονέκτημα του υπερήχου είναι ότι μπορεί να διεισδύσει και να ανακλά το υλικό, το οποίο επιτρέπει τη δημιουργία μιας εσωτερικής εικόνας του σώματος. Υπάρχουν πολλές άλλες ιατρικές εφαρμογές για μηχανήματα υπερήχων, συμπεριλαμβανομένης της διάσπασης λίθων στα νεφρά και της θεραπείας αθλητικών τραυματισμών.
Η πυρηνική ιατρική είναι ένα από τα καλύτερα παραδείγματα της σχέσης μεταξύ ιατρικής απεικόνισης και φυσικής. Τον περασμένο αιώνα, έχει πραγματοποιηθεί τεράστιος όγκος έρευνας για τις ραδιενεργές ουσίες. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες έχουν μεγάλη γνώση για το πώς αντιδρούν διάφορες ραδιενεργές ουσίες σε διαφορετικές καταστάσεις. Οι σαρώσεις πυρηνικής ιατρικής χρησιμοποιούν τον καθιερωμένο ρυθμό αποσύνθεσης ραδιενεργών υλικών, ο οποίος μπορεί να προβλεφθεί με μεγάλη ακρίβεια, εφόσον η ουσία βρίσκεται σε λογικές ποσότητες, για να σχηματίσει μια λεπτομερή εικόνα του σώματος. Η επιστημονική γνώση για το πώς διασπώνται τα ραδιενεργά υλικά θέτει επίσης όρια στην ποσότητα που είναι ασφαλής για την ανθρώπινη έκθεση.
Οι μαγνητικές τομογραφίες καταδεικνύουν επίσης τη σχέση μεταξύ ιατρικής απεικόνισης και φυσικής. Ένας σαρωτής μαγνητικής τομογραφίας χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία που είναι έως και 30,000 φορές μεγαλύτερη από το μαγνητικό πεδίο της Γης για να επηρεάσει το ατομικό σπιν των ατόμων στο σώμα. Αυτός ο τύπος σάρωσης συνδυάζει την επιστημονική γνώση των μαγνητικών πεδίων, των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και της κβαντικής μηχανικής για να δημιουργήσει μια εξαιρετικά λεπτομερή εικόνα. Τέτοιες σαρώσεις δεν θα ήταν δυνατές χωρίς τεράστιο όγκο έρευνας σε πολλούς τομείς της φυσικής.