中国人民解放军总医院核医学科建立于1987年。其前身－放射科同位素室成立于1973年，从那时算起，总医院的核医学专业工作已有30年历史。科室现有正式在编人员15人，其中高级专业技术职称人员9人（包括副高职以上的医务人员7人，研究人员2人）。科室现任主任为田嘉禾教授。
核医学科下设4个专业系列：核医学（诊断治疗）专业、核技术专业、放射化学与核药学专业和核物理专业。目前主要装备包括分子医学影像设备PET一台、SPECT两台、小型医用回旋加速器一台、药物自动化合成装置5台，药物质量检控系统2套。还准备引进先进的PET/CT、microPET。核医学科现设治疗观察用病床6张，可以开展核素内照射治疗工作。此外还设有放射生物学、放射化学及核药学实验室，目前正在筹办核物理实验室。
核医学科负责全院医疗、保健、教学、科研等方面涉及核医学技术服务的工作。从1974年起先后开展肝、脑、肾等器官显像，及心、脑动态显像工作，形成以脏器功能显像、计算机分析、特别是先心病、冠心病为主的业务特长。1987年独立建科后，在国内率先开展了心肌断层、门控心血池显像、心肾功能测定、淋巴显像、三相骨扫描、131I治疗甲状腺癌转移、153Sm-EDTMP骨转移癌治疗、超声引导下瘤内注射90Y-GMS治疗肝癌、多次小剂量放射免疫法治疗肿瘤、干细胞移植治疗神经系统退行性疾病等临床与研究工作。其中多项工作在国内推广，多项技术获奖。科室已形成临床、科研、教学三位一体的工作体制，建立了放射化学、放射物理、放射生物学三方面的专业队伍，形成了以肿瘤核医学、心血管核医学、和神经核医学三个临床主攻方向，及放射药物开发、示踪技术开发、和辐射剂量学、图像处理等综合能力。
1998年引进PET，率先开展PET应用与研究，在肿瘤诊断、筛查和协助临床治疗决策等方面取得了显著成绩。2001年出版了国内第一本有关PET技术与诊断的专业著作。在PET用放射药物方面，以张锦明副研究员为主，开发了十余种国内空白、有重要临床前景的新显像剂，并与有关单位联合，自主开发了高水平的化学合成装置，申报了国家发明专利4项。
几年来，科室先后独立或合作承担并完成了国际合作课题2项、国家“863计划”、国家科技攻关、国家自然基金等课题4项、军队课题2项以及其他合作课题多项。近年来，主编出版了学术专著2部，在国际上发表论文30余篇、国内300余篇。先后获得全军科技进步二等奖4项、医疗成果二等奖3项、三等奖十余项、中国中医研究院科技进步一等奖。科室的成绩得到了国内及国际学术界认可，有8人在多个国际、全国、军队以及北京市学术组织担任学术职务。
核医学科1987年起培养本科研究生，1989年被批准为硕士授权点，1998年起成为博士点。现设临床核医学、放射化学与核药学、核物理学三个专业，有博士生导师1人、硕士生导师4人。先后完成本专业14名硕士、5名博士的培养，目前有3名硕士、3名博士在读，1名博士后在研。此外，还培养了国内、外进修生逾200名，院内外研究生60余名。相当数量的研究生、进修生回到工作单位后成为业务骨干，担任了科室、学会、甚至是医院的领导职务。2002年起，参加北京大学医学部研究生的教学任务。受国际原子能机构（IAEA）邀请，多人参加了国际教学工作，是IAEA认可的国内少数IAEA核医学远程教育培训基地之一。
核医学科重视科室思想作风建设。多年来，响应院、部常委的号召，把“姜泗长风格”、“绿叶精神”、大局意识和良好的医德医风作为科室建设的长期目标。在工作中，强调主动配合、不计名利、相互尊重、学术民主、思想开放。通过理论和实践的培训与学习，把提高服务技术、服务质量和服务态度放在发展的首位。建科以来，始终无政治事故、医疗事故，无严重差错，无医患纠纷，无医德医风问题。通过良好的服务态度、敬业精神和团队工作，赢得了病人和临床合作科室的信任。
在各级党委和科室党支部的领导下，科室先后有8人次荣立三等功，还涌现出“总后勤部科技银星”田嘉禾、“总医院十佳科技新秀”张锦明、“优秀共产党员标兵”张书文等先进模范典型。全体核医学科人始终信守“创一流医院”和“全心全意为人民服务”的宗旨，兢兢业业、奋力拼搏，使科室由在本专业领域不为人知发展到军内领头、国内闻名并在国际有一定知名度的先进群体，以精湛的技术和优秀的医德，为就诊者提供了优质服务，慕名而来的全国各地患者络绎不绝，解放军总医院核医学科已经成为国内声誉最高的核医学科之一。