کاربرد پرتوها در زمینه پزشکی به دو دسته کلی تشخیص و درمان بیماری تقسیم می‌شود که این دو مهم از طریق استفاده از رادیوداروهای تشخیصی و درمانی و بهره‌گیری از پرتودرمانی صورت می‌گیرد. از پرتوهای ایکس و گاما، الکترون، پروتون، یون و حتی نوترون می‌توان در کاربردهای مختلف پزشکی بهره برد.
برای تولید رادیودارو ها نیاز به مولدهای مختلف پرتو مانند راکتورهای تحقیقاتی و دستگاه‌های شتابدهنده می‌باشد. در خصوص پرتودرمانی نیز این روش با استفاده از تجهیزات پرتودرمانی به صورت درمان از داخل بدن (همانند روش براکی‌تراپی) و درمان از خارج بدن (با استفاده از چشمه‌های رادیواکتیو یا دستگاه‌های شتابدهنده و راکتور) صورت می‌پذیرد. پرتودرمانی با توجه به نوع پرتو مورد استفاده به روش‌های رادیوتراپی، پروتون‌تراپی، هادرون‌تراپی، گاماتراپی، BNCT و نوترون‌تراپی انجام می‌شود. تصویربرداری‌های پزشکی نیز تا حدود زیادی به پرتوهای یونیزان وابسته است. دستگاه های CT Scan، PET، SPECT درحال استفاده برای تصویربرداری می‌باشد. کاربردهای پزشکی پرتوها وابسته به استفاده از تجهیزات نسبتا پیشرفته نظیر راکتورها و شتابدهنده‌ها می‌باشد.
با توجه به رشد روز افزون بیماری سرطان در جهان و به جهت درمان و ازبین بردن بافت‌های سرطانی علاوه بر روش‌های جراحی و شیمی‌درمانی، پیشرفت قابل توجهی در طراحی و ساخت دستگاه‌های پرتودرمانی صورت گرفته است و امروزه تقریبا تمامی بیمارستان‌ها و مراکز درمانی حداقل به یک تجهیز مرتبط با فناوری هسته‌ای مجهز شده‌اند. همچنین بیمارستان‌های تخصصی هسته‌ای نیز در حال گسترش می‌باشند.
با اینکه پرتو گاما به میزان زیاد ممکن است برای بدن خطرناک باشد، ولی فایده‌هایی نیز دارد. از این پرتو می‌توان برای درمان برخی بیماریهای سرطانی و ناراحتی‌های پوستی استفاده کرد. همچنین در فیزیوتراپی نیز از پرتو گاما استفاده می‌شود. درمان به وسیلهٔ پرتو گاما را [[رادیوتراپی]] می‌نامند. در صنعت نیز از پرتو گاما که از [[رادیم]] و [[کبالت]] رادیواکتیو با قدرت زیاد تابش می‌شوند، برای پیدا کردن حفره‌های ریز و شکستگی‌های قطعات فلزی استفاده می‌کنند.
از مهم‌ترین کاربردهای دیگر پرتو گاما در پزشکی می‌توان به [[استریلیزاسیون]] تجهیزات پزشکی مانند سرنگ که قابل استریل شدن در دمای بالا نیستند اشاره کرد.
