华中科技大学同济医学院附属协和医院核医学科是卫生部国家临床重点专科、教育部国家重点（培育）学科，同时也是分子影像湖北省重点实验室依托单位、湖北省核医学质量控制中心、国内首个放射性药物研发应用中试基地挂靠单位，连续8年复旦专科排名全国第二。
该院核医学科主要包括以下几部分：PET/CT中心（拥有全球最先进的一体化TOFPET/MRI、3台PET/CT，2台医用回旋加速器）、SPECT/CT显像室（3台SPECT/CT，1台SPECT）、体外分析实验室、核素治疗门诊、带有28张病床的核素治疗病房、以及核医学分子影像重点实验室。
重点实验具有完善的探针化学制备、细胞培养、分子生物、动物影像等全部实验设备和相应条件，拥有1台小动物PET/CT、1台小动物PET/SPECT/CT、1台小动物荧光显像仪、2套动物IVC饲养系统，可一站式完成从分子影像探针制备、细胞层面到动物显像的所有实验。
在医疗方面，科室在多模态影像对疑难病例诊断、核素治疗等诸多方面具有明显优势。年PET检查人次超过1万例，10余种正电子药物常规应用于临床；SPECT年检查人次超3万例，涵盖全身各组织脏器；年核素治疗2000余例，以牵头单位发表甲状腺癌核素治疗临床路径；年体外分析70余万次，精密检测激素、抗体、标志物变化。近年来开展包括新型肿瘤特异性分子探针显像、心肌血流绝对定量、神经退行性疾病多模态显像等多项国内、国际领先的新技术新业务。
在科研方面，核医学科承担了国家863计划目标导向类重大项目1项、国家自然基金重点项目3项、科技部青年科学家项目1项、面上和青年项目41项，部省级课题20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方面处于国内领先地位，部分达到国际先进和领先水平。
在2008年和2018年两次获得湖北省科技进步奖一等奖，2022年获得湖北省“科技创新团队”，2021年获得中国研究型医院学会医学科技奖二等奖，获得教育部科技进步二等奖、中华医学科技奖二等奖、武汉市科技进步二等奖等多项重要科技奖项。授权国家专利11项（一项专利成果转化金额达千万元）、实用新型专利及软件著作权8项，主编学术专著及教材30余部。
在教学方面，每年承担包括研究生、临床医学7、8年制、本科生及住院医师规培等教学任务，担任全国本科生、研究生及八年制规划教材《核医学》主编，是湖北省一流线上课程《核医学》MOOC课程负责单位。培养博、硕士研究生共计200余名、其中外籍研究生11人；部分研究生已经成为所在单位学科带头人或学术骨干。
核医学科拥有雄厚的技术队伍，全科总人数63人，教授/博士生导师7人（其中二级教授4人），副教授/硕士生导师11人，具有博士学位的医师23人，博士学位的技师、物理师和化学师4人，其中享受国务院政府津贴专家1名，国家卫生健康突出贡献中青年专家、国家万人计划创新领军人才1名，中组部青年千人1名。
先后担任中国核学会核医学分会理事长、中国医师协会核医学医师分会会长、中华医学会核医学分会副主任委员、中华医学会核医学青年委员会副主委等社会职务；同时是国际顶级期刊《欧洲核医学与分子影像杂志》编委、《中华核医学杂志》副主编等重要学术职务。
