Um eine nuklearmedizinische Untersuchung durchzuführen, wird ein mit einem radioaktiven Isotop markiertes Arzneimittel, das Radiopharmakon, verabreicht. Radiopharmaka werden in den meisten Fällen durch Injektion in die Armvene, selten durch Trinken oder durch Einatmen den Patienten verabreicht. Die häufig für eine Markierung verwendeten radioaktiven Isotope sind Technetium 99m (Tc99m), Jod-123 (J123), Thallium-201 (Tl201), Indium-111 (In111) und Fluor-18 (F18).

Die Auswahl der Isotope wird von deren physikalischen Eigenschaften und an deren Bindungsmöglichkeit mit der zu markierenden Substanz bestimmt. Das am häufigsten für diagnostische Zwecke verwendete radioaktive Isotop ist Tc99m, es ist ausgezeichnet für die Szintigraphie geeignet, darüber hinaus hat es eine sehr kurze physikalische Halbwertszeit von nur 6 Stunden. (Halbwertszeit: Zeitdauer bis die Ausgangsaktivität auf die Hälfte ihres Wertes absinkt). Infolge der normalen Ausscheidung der Radiopharmaka, z.B. über den Harn, ist die Verweildauer der Radiopharmaka im Körper wesentlich kürzer als die physikalische Halbwertszeit des radioaktiven Isotops.

Die Radiopharmaka werden in Spürdosen, d.h. in sehr kleinen Mengen, verabreicht und bewirken dadurch im allgemeinen keine pharmakologischen Effekte (Arzneimitteleffekte), sie interferieren demnach nicht mit dem zu untersuchenden physiologischen Prozess (dem normalen Lebensvorgang oder dem normalen Funktionsablauf entsprechenden Prozess). Hierdurch unterscheiden sie sich von Arzneimitteln, bei denen eine Dosis - Wirkungsbeziehung besteht (d.h. es werden in Abhängigkeit von der gewählten Dosierung bestimmte Effekte induziert, z.B. Senkung des Blutcholesterinspiegels; Senkung des Blutzuckers).
Das Radiopharmakon verbleibt vorübergehend – über einen kurzen Zeitraum - in ihren Körper und wird mittels normaler Körperfunktionen (vorwiegend über den Harn) ausgeschieden. Ausreichende Flüssigkeitszufuhr fördert diese Ausscheidung.

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