Η πιο γνωστή θεραπευτική εφαρμογή της Πυρηνικής Ιατρικής είναι η θεραπεία του καλώς διαφοροποιημένου καρκίνου του θυρεοειδούς, θηλώδους και θυλακιώδους τύπου με χορήγηση ραδιενεργού Ιωδίου 131,εκπομπού β και γ ακτινοβολίας, μετά από επέμβαση ολικής θυρεοειδεκτομής, καθώς και σε περιπτώσεις διαπιστωμένης υποτροπής στον τράχηλο ή απομακρυσμένων εντοπίσεων που προσλαμβάνουν το Ιώδιο.

Η θεραπευτική χορήγηση γίνεται μετά τη διακοπή της αγωγής υποκατάστασης με θυροξίνη επί 4 εβδομάδες ή μετά χορήγηση ανασυνδυασμένης TSH (THYROGEN).

Η θεραπεία απαιτεί παραμονή του ασθενούς σε κατάλληλα θωρακισμένο δωμάτιο επί 1-2 24ωρα, για παρακολούθηση και για λόγους ακτινοπροστασίας.

Πέραν όμως του καρκίνου, το ραδιενεργό Ιώδιο 131 σε μικρότερες δόσεις χρησιμοποιείται και για τη θεραπεία διάχυτου υπερθυρεοειδισμού και τοξικού όζου του θυρεοειδούς σε ασθενείς με αποτυχία της φαρμακευτικής αγωγής, επί υποτροπής μετά φαρμακευτική ή χειρουργική αντιμετώπιση, σε υπερευαισθησία στα αντιθυρεοειδικά φάρμακα, επί ύπαρξης καρδιαγγειακών επιπλοκών και σε αντένδειξη χειρουργείου.

Απαιτείται διακοπή της θυροξίνης και αντιθυρεοειδικών φαρμάκων. Δε χρειάζεται παραμονή του ασθενούς σε θωρακισμένο δωμάτιο μετά τη θεραπεία.

Σημαντικός είναι ο ρόλος της παρηγορητικής θεραπείας οστικού μεταστατικού πόνου με θετικό σπινθηρογράφημα οστών, με τη χορήγηση Στροντίου (Sr-89), Σαμαρίου (Sm-153) και Ρηνίου (Re-186).

Νέα σχετικά θεραπευτική εφαρμογή αποτελεί η χορήγηση ραδιενεργού Ραδίου (Ra-226), εκπομπού α-σωματιδίων, με την εμπορική ονομασία XOFIGO για τη θεραπεία σθενών με ανθεκτικό στο φαρμακευτικό ευνουχισμό καρκίνο προστάτη τελικού σταδίου με οστικές μεταστάσεις.

Μία ιδιαίτερη θεραπευτική μέθοδο αποτελεί η θεραπεία ανεγχείρητου καρκίνου στο ήπαρ με μικρόσφαιρες επισημασμένες με Ύττριο (Y-90), γνωστές ως Sir-spheres, χορηγούμενες απευθείας στους ηπατικούς όγκους δια των κλάδων της ηπατικής αρτηρίας (Selective Internal Radiation Therapy- SIRT).

Η θεραπεία χρησιμοποιείται στο ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα και τις ηπατικές μεταστάσεις από καρκίνο παχέος εντέρου. Οι περισσότεροι ασθενείς παραμένουν σε νοσηλεία επί 1 ημέρα.

Εναλλακτική θεραπεία χρόνιας αρθρίτιδας, όπως η ρευματοειδής, η ψωριασική αρθρίτιδα, η λαχνοοζώδης υμενίτιδα, η αρθρίτιδα της κατά γόνυ άρθρωσης και πολυαρθρίτιδα δακτυλικών αρθρώσεων, αποτελεί η ραδιοϋμενόλυση.

Η τελευταία συνίσταται στην ενδοαρθρική χορήγηση ισοτόπων που εκπέμπουν β ακτινοβολία, με σκοπό τη διακοπή της καταστροφής των αρθρικών επιφανειών από τη φλεγμονή.

Χρησιμοποιείται το Ύττριο ( Υ-90) για τις μεγάλες, το Ρήνιο (RE-186) για τις μεσαίες και το Έρβιο (Er-169) για τις μικρές αρθρώσεις. Δεν απαιτείται παραμονή του ασθενούς σε θωρακισμένο δωμάτιο.