Plačiausia prasme fizikos studijos daugiausia dėmesio skiria fiziniams objektams, jų kompozicinei medžiagai ir jų sąveikai bei judėjimui erdvėje ir laike. Fizika naudojama kaip priemonė gamtos pasaulyje vykstantiems įvykiams ir situacijoms paaiškinti, todėl fizikos teorijos yra svarbi kelių mokslo disciplinų, įskaitant astronomiją, biologiją ir branduolinius tyrimus, sudedamoji dalis. Fizikos panaudojimas branduolinėje medicinoje apima fizikos principų ir teorijų, tokių kaip radioaktyvusis skilimas ir sintezė ar dalijimasis, taikymą kuriant medicinos technologijas. Medžiagos studijavimas pačiais pagrindiniais dalelių ląstelių lygiais yra branduolinės medicinos fizikos kertinis akmuo. Branduolinės fizikos principai dažniausiai naudojami medicinoje vaizdo testavimui ir vaistų kūrimui.
Branduolinė medicina yra taikomosios fizikos forma. Fizikos taikymas branduolinėje medicinoje naudoja fizikos teorijas ir subdisciplinas kuriant ir kuriant darbo objektus arba naujus užduočių atlikimo metodus. Jie naudoja griežtai patikrintus mokslinius metodus ir bando taikyti stabilius ir nekintančius mokslo dėsnius. Pavyzdžiui, kvantinė mechanika yra fizikos polaukis, kuriame nagrinėjama, kaip dalelės, pvz., susidarančios radioaktyvaus skilimo metu, taip pat turi bangų savybių ir kaip šios dalelės sąveikauja tarpusavyje ir su energijos jėgomis.
Branduolinė fizika yra branduolinės technologijos, įskaitant branduolinę mediciną, pagrindas. Šis platus laukas yra sutelktas į atomų branduolius, ypač jų struktūrą ir sąveiką. Mokslininkai gali manipuliuoti vidinėmis šių ląstelių dalimis ir sukurti galingas reakcijas, kurios paprastai sukuria spinduliuotę – pagrindinį energijos judėjimo erdvėje fizikos principą. Branduolinių tyrimų veikla, kuri gali generuoti energiją, apima pagreitinimą, kaitinimą, perkėlimą, irimą, skaidymą ir suliejimą. Pastaroji veikla ypač ryški branduolinėje medicinoje.
Dalijimasis ir sintezė yra branduolinės reakcijos, kurios gali būti naudojamos energijai gaminti branduolinės medicinos fizikos reikmėms. Pirmasis įvykis apima atominių dalelių padalijimą, o antrasis – atominės medžiagos sujungimą. Fizikai sukelia šias reakcijas įrenginiuose, vadinamuose branduoliniais reaktoriais. Medicinos srityje tyrimų reaktoriai dažnai naudojami analizei, bandymams ir radioizotopams arba atomų branduolinei medžiagai gaminti.
Pagrindinis branduolinės fizikos komponentas medicinoje yra susijęs su diagnostiniu vaizdavimu. Šie procesai, dar vadinami nuklidų vaizdavimu, vyksta, kai gydytojas į organizmą suleidžia nuklidų daleles. Skildamos šioms dalelėms jos sukuria radioaktyvias energijos formas, vadinamas gama spinduliais. Tada speciali įranga, pvz., gama kameros, nustato radioaktyvumo skirtumus. Variacijos dažnai leidžia suprasti skirtingų kūno regionų ir dalių funkcines galimybes.
Radioaktyvaus skilimo, pavyzdžiui, vaizdavimo praktikoje, metu dalelių veikla fizikoje žinoma kaip silpna sąveika, nes nesukuria stipraus ir privalomo poveikio. Kiti pagrindinių sąveikos tipų tipai fizikoje yra elektromagnetizmas ir gravitacija. Gydytojai naudoja elektra įkrautų dalelių sąveiką elektromagnetizme, kad sukurtų magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) aparatus.
Kitas fizikos pritaikymas branduolinėje medicinoje atsiranda, kai nuklidinės medžiagos yra naudojamos medicininiam gydymui. Pavyzdžiui, kai radionuklidinės medžiagos derinamos su tam tikrų rūšių vaistais, šios sąveikos rezultatas yra radiofarmaciniai preparatai. Šie gydymo būdai dažniausiai naudojami tam tikroms ligoms, tokioms kaip vėžys, gydyti. Tiesioginės energijos spinduliuotės šaltiniai taip pat gali būti naudojami vėžio spindulinės terapijos gydymui, kai spinduliuotės spinduliai nukreipiami į tikslines kūno vietas, tikintis, kad jie sunaikins kenksmingas medžiagas.