协和医院核医学科原称同位素室，创建于1959年，是国内最早开展同位素临床应用和研究的单位之一，经40余年的发展，目前已经成为一个业务范围广泛，诊断、治疗门类齐全，集医疗、教学、科研和培干于一体的现代化科室。核医学科拥有雄厚的技术队伍，目前全科总人数14人，高级职称4人。博士及硕士生导师各2名，80%以上的医师拥有博士或硕士学位。中华核医学会副主任委员、湖北省核医学会主任委员、《亚洲核医学杂志》(香港)总编辑等重要学术职务均在本科室。

核医学科历年来承担了多项国家、省及部级重要科研项目，在肿瘤显像、冠心病早期诊断等研究方面处于国内领先地位，仅近3年来，就连续获得承担了3项国家自然科学基金课题，两次获得湖北省科技进步奖，2002年获得世界核医学与生物学联盟大会最高奖励-Masahiro II青年科学家奖。

在教学方面，每年承担包括研究生、7年制硕士、医学及卫生系本科生的核医学的教学任务，同时多次协同国际原子能机构，承担了核医学技术人员培训班教学任务。核医学科主任张永学教授是全国优秀教师和宝钢教育基金奖的获得者，同时担任全国研究生规划教材《实验核医学》主编、教育部面向21世纪课程规划教材《核医学》主编、全国临床医学七年制《核医学》规划教材副主编、全国本科生统编教材《核医学》副主编、全国影像医学专业本科生规划教材《影像核医学》副主编等。

核医学科拥有世界先进的诊断设备，包括目前世界上最先进的美国GE公司Discovery LS 型PET-CT，美国GE双探头数字可变角SPECT、法国Sopha Medical单探头SPECT、美国Beckmen及Chiron化学发光检测仪、Hologic QDR 2000+ 双能X线骨密度仪、放射免疫分析仪等设备。核医学临床业务非常广泛，在心脑血管疾病、肿瘤疾病、甲状腺病、肾脏病、肺栓塞以及嗜铬细胞瘤等疾病的诊断方面独具特色，在核素治疗方面具有很强的实力，特别是对甲状腺疾病、类风湿性关节炎、转移性骨肿瘤、皮肤血管瘤等疾病的治疗积累丰富经验，取得了显著成。

目前世界上最先进的美国GE公司Discovery LS 型PET-CT，美国GE双探头数字可变角SPECT、法国Sopha Medical单探头SPECT、美国Beckmen及Chiron化学发光检测仪、Hologic QDR 2000+ 双能X线骨密度仪、放射免疫分析仪等设备。