Für die szintigraphische Untersuchung werden unterschiedliche, radioaktiv markierte Substanzen in geringen Dosen appliziert (meistens intravenös), die vom Zielorgan (z. B. Knochen, Lungen, Herz, Schilddrüse, Nieren) aufgenommen werden. Die vom Patienten dadurch ausgesendete Gamma-Strahlung wird von einem komplizierten Kamera-System aufgefangen und elektronisch verarbeitet.

Die Abbildung der betreffenden Organe heisst Szintigramm (nach lat. szinti, Funke; und grch. gramm, schreiben). Die Gammaquanten-Energie der verwendeten Radionuklide liegt zwischen etwa 80 und 400 keV. Da der Patient selbst die Strahlenquelle ist, können im Gegensatz zu einer Röntgenuntersuchung beliebig viele Aufnahmen bei gleicher Strahlenbelastung durchgeführt werden.

• Suche beziehungsweise Ausschluss von Knochenbefall (Metastasen) bei bösartigen Erkrankungen
• Suche nach entzündlichen Knochen-Gelenkserkrankungen bei rheumatischen Erkrankungen, Ausmass und Aktivität von Abnützungserkrankungen an Gelenken und Knochen (z.B Kniegelenksarthrose)
• Empfindliche Suche nach Frakturen
• Abklärung von Schmerzen nach dem Einsetzen von Gelenksprothesen (Lockerung, Infekt)
  

• Darstellung von Durchblutung und Beweglichkeit des Herzmuskels beziehungsweise von Minderdurchblutung  und Bewegungsstörung des Herzmuskels bei Verengungen der Herzkranzarterien (koronare Herzkrankheit)
• Beurteilung der Bedeutung bekannter Verengungen von Herzkranzgefässen
• Beurteilung  des Operationsrisikos vor geplanten chirurgischen Eingriffen.
• Verlauf von bekannten koronaren Herzerkrankungen, insbesondere bei Wiederauftreten von Schmerzen

• Beurteilung der Nierenfunktion zwischen linker und rechter Niere
• Beurteilung von Erweiterungen des Nierenbeckens (Obstruktion)
• Quantitative Messung der Nierenfunktion
   

Suche nach spezifische Substanzen, die sich in einer Reihe von Tumoren und deren Ableger anreichern (z. B. in Nebennierenmarkstumoren, endokrine Pankreastumoren).

Suche nach den Substanzen, die zeigen können, ob und wo im Körper eine infektiöse Entzündung vorliegt (z. B. Antigranulozytenantikörper).

• Unterscheidung verschiedener Formen der Schilddrüsenüberfunktion (z. B. Basedow-Hperthyreose, „toxisches“ Adenom, Schilddrüsenentzündung).
• Beurteilung der Funktion von Schilddrüsenknoten („warme“ Knoten sind ungefährlich, „kalte“ Knoten müssen weiter abgeklärt werden)
• Vorbereitung einer nuklearmedizinischen Therapie der Schilddrüse (Radiojodtherapie)  bei gut- und bösartigen Schilddrüsenerkrankungen