Wykorzystywanie medycyny nuklearnej rozpowszechniono na początku lat pięćdziesiątych XX wieku, gdy wzrastała wiedza o promieniotwóczości, radionuklidach i ich użyciu przy badaniach procesów biochemicznych za pomocą wskaźników promieniotwórczych. Pionierami w tej dziedzinie byli Benedict Cassen, który wynalazł pierwszy scyntygraf w 1951 roku, oraz Hal Anger, który stworzył pierwszą gamma kamerę. Przyczyniło się to do upowszechnienia medycyny nuklearnej.
Rozwój medycyny nuklearnej przez następne lata był bardzo duży. W 1954 roku w powstało Amerykańskie Stowarzyszenie Medycyny Nuklearnej i Obrazowania Nuklearnego, w 1960 roku stowarzyszenie to zaczęło publikować artykuły medyczne. W późniejszych latach powstało także Polskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej.
Odkryto mnóstwo radionuklidów przeznaczonych do medycznych zastosowań, jednak najważniejszym z nich był technet 99mTc. Wynaleziony został w 1937 roku przez Carlo Perriera oraz Emilio Segrè jako sztuczny element o liczbie atomowej 43. Charakteryzuje się krótkim okresem połowicznego rozpadu, co minimalizuje napromieniowanie ciała. Cecha ta sprawia, że jest on podstawowym wskaźnikiem wykorzystywanym w medycynie nuklearnej do celów diagnostycznych.