Tot i que la medicina nuclear és una especialitat fonamentalment diagnòstica, els radioisòtops poden usar-se com a via de tractament en aplicacions concretes en forma de radioteràpia nuclear molecular.

La radioteràpia és l’especialitat mèdica que utilitza l’administració de radiacions ionitzants amb finalitats curatives per a la destrucció de teixits malignes o tumors. Fa pràcticament un segle, dos metges francesos, Bergonié i Tribondeau, van  demostrar que la radiosensibilitat de les cèl·lules està en relació directa amb la seva diferenciació i capacitat de reproducció, sent més sensibles les cèl·lules menys diferenciades i amb major ritme de creixement. Degut a que les cèl·lules que composen els teixits tumorals malignes compleixen habitualment aquestes característiques, poden ser sotmeses a l’acció de les radiacions que produiran la mort dels teixits tumorals, sobrevivint els teixits sans que són més resistents per està composats per cèl·lules més diferenciades i de menor ritme de creixement.

Les modalitats de radioterapia possibles reben diferents noms en relació amb les característiques de la radiació i del equip que les genera.

La teleterapia és la forma de radioteràpia que utilitza la radiació procedent d’un equip generador situat a certa distancia de la zona a irradiar. Aquesta modalitat d’irradiació, pot generar-se via equips de rajos X d’energies baixa o mitja, o equips d’alta energia com la bomba de cobalt i els acceleradors lineals.

La braquiteràpia és la modalitat de radioteràpia que utilitza fonts tancades o sellades de material radioactiu que es col·loquen en contacte amb el tumor o s’introdueixen en el seu interior. El principal avantatge és la concentració màxima de dosis de radiació en el teixit tumoral amb escassa irradiació del teixit sa del voltant.