放射性同位素是核医学诊断和治疗的基础。自然界中存在着天然放射性核素，不仅种类少，同时也不适合在医学领域应用。医用放射性同位素绝大部分都是人工制造的。临床应用的放射性同位素可通过加速器生产、反应堆生产；也可从乏燃料中提取、放射性同位素发生器中淋洗获得。

加速器能加速质子、氘核、α粒子等带电粒子，这些粒子轰击各种靶核，引起不同核反应，生成多种放射性同位素。大多数的正电子放射性同位素和小部分的单光子放射性同位素主要由回旋加速器生产获得。碳-11、氮-13和氧-15的半衰期仅为2-20分钟，需要医院配备小型医用自屏蔽的回旋加速器生产。医学中常用的加速器生产的放射性同位素有碳-11、氮-13和氧-15、氟-18、碘-131、钛-201、镓-67、铟-111等。

反应堆可产生较强的中子源，利用反应堆中的中子流轰击各种靶核，可以大量生产用于核医学诊断和治疗的放射性同位素。医学中常用的反应堆生产的放射性核素有锝-99m、锡-113、碘-125、碘-131、磷-32等。

核燃料在反应堆内经过中子照射后会发生核裂变，放出能量的同时产生400多种裂变产物，在乏燃料中，有实际提取价值的仅十余种。在医学上有意义的裂变核素有钼-99、碘-131、氙-131等。

放射性同位素发生器是从长半衰期的核素（称为母体）中分离短半衰期的核素（称为子体）的装置。放射性同位素发生器使用方便，在医学上应用广泛。

医学中常用的发生器有⁹⁹Mo–^99mTc发生器、¹⁸⁸W–¹⁸⁸Re发生器、⁸²Sr–⁸²Rb发生器、⁸¹Rb–⁸¹Kr发生器等。以核医学最常用的^99mTc为例，在核反应堆中，中子流轰击靶核⁹⁸Mo，得到⁹⁹Mo，再把⁹⁹Mo装在发生器（层析柱）内运到使用部门。⁹⁹Mo的半衰期67小时，经β衰变后得到^99mTc，放射性药房或核医学科工作人员用生理盐水淋洗发生器就可得到^99mTc。^99mTc的半衰期为6.02小时，可直接静脉注射，也可注入含氯化亚锡的冻干品内，快速标记到化学物质上，产生^99mTc-MDP这样的骨显像剂放射性药物。