Laajimmin fysiikan tutkimukset keskittyvät fyysisiin esineisiin, niiden koostumukseen ja niiden vuorovaikutukseen ja liikkumiseen avaruudessa ja ajassa. Fysiikkaa käytetään keinoina selittää luonnossa tapahtuvia tapahtumia ja tilanteita, ja siksi fysiikan teoriat ovat vahva osa useita tieteenaloja, kuten tähtitiedettä, biologiaa ja ydintutkimuksia. Fysiikan käyttö ydinlääketieteessä edellyttää fysiikan periaatteiden ja teorioiden, kuten radioaktiivisen hajoamisen ja fuusion tai fissio, soveltamista lääketieteellisen tekniikan tuottamiseen. Aineen tutkiminen alkeellisimmilla hiukkassoluilla on ydinlääketieteen fysiikan kulmakivi. Ydinfysiikan periaatteita käytetään useimmiten lääketieteellisesti kuvan testauksessa ja lääkkeiden luomisessa.
Ydinlääketiede on sovelletun fysiikan muoto. Fysiikan sovelluksissa ydinlääketieteessä hyödynnetään fysiikan teorioita ja osa -aloja työkohteiden tai uusien menetelmien suunnitteluun ja luomiseen. He käyttävät tarkasti testattuja tieteellisiä menetelmiä ja yrittävät soveltaa vakaita ja muuttumattomia tieteellisiä lakeja. Esimerkiksi kvanttimekaniikka on fysiikan osa -alue, joka käsittelee sitä, kuinka radioaktiivisessa hajoamisessa syntyneillä hiukkasilla on myös aalto -ominaisuuksia ja miten nämä hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa sekä keskenään että energiavoimien kanssa.
Ydinfysiikka on ydinteknologian perusta, mukaan lukien ydinlääketiede. Tämä laaja kenttä keskittyy atomien ytimiin, erityisesti niiden rakenteeseen ja vuorovaikutukseen. Tutkijat voivat manipuloida näiden solujen sisäosia ja luoda voimakkaita reaktioita, jotka yleensä tuottavat säteilyä – avaruuden läpi kulkevan energian fysiikan perusperiaate. Energiaa tuottavia ydintutkimustoimia ovat nopeuttaminen, lämmittäminen, siirtäminen, rappeutuminen, halkaisu ja sulattaminen. Jälkimmäinen toiminta on erityisen merkittävää ydinlääketieteessä.
Fissio ja fuusio ovat ydinreaktioita, joita voidaan käyttää energian tuottamiseen fysiikalle ydinlääketieteessä. Edelliseen tapahtumaan kuuluu atomipartikkeleiden jakaminen, kun taas jälkimmäiseen liittyy atomimateriaalin yhdistäminen yhteen. Fyysikot aiheuttavat nämä reaktiot laitteissa, joita kutsutaan ydinreaktoreiksi. Lääketieteen alalla tutkimusreaktoreita käytetään usein analysointiin, testaamiseen ja radioisotooppien tai atomien ydinmateriaalin tuottamiseen.
Lääketieteen ydinfysiikan pääkomponentti liittyy diagnostiseen kuvantamiseen. Nämä prosessit – kutsutaan myös nuklidikuvantamiseksi – tapahtuvat, kun lääkäri pistää nuklidipartikkeleita kehoon. Kun nämä hiukkaset hajoavat, ne tuottavat radioaktiivisia energiamuotoja, joita kutsutaan gammasäteiksi. Erityislaitteet, kuten gamma -kamerat, havaitsevat sitten erot radioaktiivisuudessa. Muunnelmat antavat usein käsityksen eri kehon alueiden ja osien toiminnallisista kyvyistä.
Radioaktiivisessa hajoamisessa, kuten kuvantamismenetelmissä, hiukkasaktiivisuudet tunnetaan fysiikassa heikkoina vuorovaikutuksina, koska ne eivät luo vahvaa ja sitovaa vaikutusta. Muita fysiikan perusvuorovaikutustyyppejä ovat sähkömagnetismi ja painovoima. Lääkärit käyttävät sähköisesti varautuneiden hiukkasten vuorovaikutusta sähkömagneettisuudessa magneettikuvauslaitteiden (MRI) luomiseen.
Toinen fysiikan sovellus ydinlääketieteessä tapahtuu, kun nuklidimateriaaleja käytetään lääketieteellisiin hoitoihin. Esimerkiksi kun radionuklidimateriaalia yhdistetään tietyntyyppisiin lääkkeisiin, tämän vuorovaikutuksen tulos on radiofarmaseuttiset lääkkeet. Näitä hoitoja käytetään useimmiten tietyntyyppisiin sairauksiin, kuten syöpään. Suoraa energian säteilylähdettä voidaan käyttää myös syövän sädehoitohoidoissa, joissa säteilyn säteet suunnataan kehon kohdealueille toivoen, että ne tuhoavat haitallisia aineita.