核医学科原称同位素室,创建于1959年,是国内最早开展同位素临床应用和研究的单位之一,经50余年的发展,目前已经成为一个业务范围广泛,诊断、治疗门类齐全,设备先进,集医疗、教学、科研和人才培养于一体的现代化科室。协和医院核医学科主要包括以下几部分：SPECT显像室（1台SPECT-CT,2台SPECT）、PET/CT中心（2台美国GE的PET/CT,2台回旋加速器）、体外分析实验室、核素治疗门诊及病房,同时也是湖北省分子影像重点实验室与湖北省核医学质量控制中心挂靠单位。核医学科拥有雄厚的技术队伍,全科总人数30人,教授、博导4人,副教授、硕导3人,讲师7人,具有博士学位的医师12人,硕士学位2人。自2001年以来,先后有3位专家担任中华医学会核医学分会副主任委员、中国核学会核医学分会副理事长、中华医学会核医学青年委员会副主委、湖北省医学会核医学会主任委员、湖北省核学会副理事长、湖北省核学会核医学分会理事长,《中华核医学杂志》副总编辑、《中华医学杂志》等十多种专业学术期刊常务编委、编委等重要学术职务。

核医学科历年来承担了多项国家、省及部级重要科研项目,自2001年以来,主持国家863计划项目1项,国家自然科学基金重点项目1项,面上项目17项,部省级课题10余项。在肿瘤显像诊断与疗效评估、冠心病早期诊断的临床与基础研究等研究方面处于国内领先地位,部分达到国际先进水平。近几年来,获得湖北省科技进步奖一等奖1项、三等奖2项,教育部科技进步二等奖1项、武汉市科技进步二等奖1项。此外,先后获得世界核医学与生物学联盟大会最高奖励-MasahiroII青年科学家奖,最佳壁报奖,欧洲核医学年会“居里奖”提名,亚洲核医学联盟奖等。
　　核医学科在教学方面,每年承担包括研究生、临床医学7、8年制、医学及卫生系本科生的核医学的教学任务,同时多次协同国际原子能机构,承担了核医学技术人员培训班教学任务。核医学科主任张永学教授是全国优秀教师和宝钢教育基金奖、华中科技大学特聘教授、教学名师获得者,同时担任全国研究生规划教材《实验核医学》主编、教育部面向21世纪课程规划教材《核医学》主编、全国临床医学八年制国家“十一五”规划《核医学》教材主编、全国本科生统编教材《核医学》副主编、全国影像医学专业本科生规划教材《影像核医学》副主编等。
　　核医学科拥有世界先进的诊断设备,包括目前世界上最先进的美国GE公司DiscoveryVCT和LS型PET-CT、德国SIEMENS公司的SymbiaT6SPECT-CT、美国GE公司VG和MPR型SPECT、雅培公司、罗氏公司化学发光检测仪、美国GE公司双能X线骨密度仪、放射免疫分析仪等设备。核医学临床业务非常广泛,在心脑血管疾病、肿瘤疾病、甲状腺病、肾脏病、肺栓塞以及嗜铬细胞瘤等疾病的诊断方面独具特色,在核素治疗方面具有很强的实力,特别是对甲状腺功能亢进、甲状腺癌、类风湿性关节炎、转移性骨肿瘤等疾病的治疗积累丰富经验。