La medicina nucleare utilizza molecole simili a quelle elaborate dal nostro corpo, diverse a seconda dell’organo che si vuole studiare; tali molecole vengono legate a un elemento radioattivo (radioisotopo): il composto ottenuto prende il nome di radiofarmaco.  
Il radiofarmaco viene introdotto nell’organismo del paziente (per via endovenosa, per bocca o per aerosol) ed emette radiazioni; le radiazioni vengono rilevate e registrate da apposite apparecchiature, le gammacamere, che consentono di visualizzare le zone dell’organismo in cui si è accumulato il radiofarmaco. L’esame prende il nome di scintigrafia. 

Caratteristica della medicina nucleare è quindi l’impiego di elementi radioattivi, i radiofarmaci, che dall’interno dell’organismo emetteno le radiazioni gamma che vengono registrate dall’esterno con macchine dedicate chiamate gammacamere. 
La Medicina Nucleare, quindi è diversa dalle altre metodiche di diagnostica per immagini, come la radiografia o la TC che utilizzano raggi X i quali attraversano il corpo del paziente dall’esterno.
Con le metodiche radiologiche si ottengono essenzialmente informazioni anatomiche, vale a dire “fotografie” degli organi interni. In medicina nucleare, gli accertamenti forniscono invece informazioni sul funzionamento degli organi interni con una definizione anatomica di minore qualità. 
Esiste un’enorme disponibilità di radiofarmaci che permettono lo studio di un'ampia gamma di malattie che interessano:

• Le ossa;
• Il cervello;
• Il cuore;
• I reni;
• Il sistema epatobiliare, l’insieme del fegato e delle vie biliari;
• La tiroide;
• I polmoni;
• L’apparato gastroenterico.

Ogni radiofarmaco si fissa elettivamente in un organo e ci permette di studiare il suo funzionamento ovvero le malattie che interferiscono con il suo funzionamento. 
Se per esempio studiamo l’apparato scheletrico siamo in grado di capire la presenza di malattia dalla concentrazione anomala del radiofarmaco (siti "caldi"). 

La Medicina Nucleare nel corso degli anni ha subito una notevole evoluzione sia per la quantità di radiofarmaci che si possono utilizzare sia per il miglioramento delle tecnologie.
La prima evoluzione importante è stato il passaggio dalle immagini in 2D alle immagini in 3D, queste ultime ottenute mediante l’acquisizione di studi tomografici (SPECT- Single Photon Emission Computed Tomography) che permettono di migliorare la qualità delle informazioni, fornendo un numero maggiore di dati. 
Una seconda evoluzione è stata il passaggio alle immagini “ibride” che contengono nella stessa immagine informazioni funzionali - mediante la scintigrafia - e il dettaglio anatomico della TC (SPECT-TC).
L'ulteriore passo avanti è stata la PET-TC e successivamente la PET-RM. 

La PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) è una metodica della medicina nucleare che si è rapidamente espansa negli ultimi 20 anni ed è utilizzata maggiormente nella stadiazione dei tumori e durante il follow-up delle patologie neoplastiche. 
La PET è una scintigrafia molto più sensibile rispetto alle scintigrafie tradizionali che, unita alla TC o alla RM, è diventata una scintigrafia anche più specifica per l’aggiunta del dettaglio anatomico. 
Anche la PET prevede l’iniezione per via endovenosa di una piccola quantità di radiofarmaco, che nella maggior parte dei casi è il  glucosio legato a una molecola radioattiva, il Fluoro-18. Una volta entrato in circolo, il radiofarmaco viene captato dai vari organi e si può visualizzare perché emette particolari particelle, chiamate positroni. I positroni vengono registrati da un’apparecchiatura elettronica (tomografo) che li digitalizza e ne ricava un’immagine in cui si può vedere in che modo il radiofarmaco si distribuisce all'interno dell’organismo. 
Di solito le cellule tumorali sono molto attive, consumano molta energia e quindi captano il glucosio molto di più delle cellule sane. Ecco perché i tumori si presentano come siti “caldi”, di concentrazione anomala del radiofarmaco. Per questa ragione la PET è ha avuto un ruolo sempre più importante nello studio dei tumori, per la stadiazione e per valutare la risposta del tumore alla terapia.

Come negli adulti anche nei bambini la medicina nucleare contribuisce ad ottenere una diagnosi più precisa di molte malattie, aiutando i clinici nella gestione del paziente (decisioni terapeutiche e verifica del successo della terapia) con informazioni diagnostiche che non possono essere ottenute facilmente (o talvolta per niente) con altre metodiche.
Gli studi di medicina nucleare possono essere eseguiti in tutte le età dei pazienti, dall’epoca neonatale a quella dei giovani adulti.
Questo è reso possibile dall’estrema attenzione che si pone quando si deve eseguire uno studio scintigrafico nei primi anni di vita e comunque nell’approccio al bambino in generale. 
I radiofarmaci vengono utilizzati in quantità minime, dettate da linee guida europee e/o internazionali. Non sono mezzi di contrasto e quindi si possono utilizzare senza temere reazioni di tipo allergico.
L'obiettivo della medicina nucleare pediatrica è quello di ottenere le migliori informazioni diagnostiche con la più bassa esposizione del paziente alle radiazioni, utilizzando protocolli dedicati che permettono di ottenere immagini di altissimo potenziale diagnostico.
In questo modo il beneficio delle informazioni ottenute, pur utilizzando radiazioni ionizzanti, supera di gran lunga il rischio legato alla radioesposizione.
Inoltre il reparto di medicina nucleare deve essere un ambiente sicuro e confortevole con infermieri, tecnici e medici particolarmente competenti nella gestione del bambino e nell'interpretazione delle scintigrafie e di tutte le immagini ottenute con PET, PET-TC e PET-RM in bambini di tutte le età.