放射性核素显像，包括正电子发射断层扫描 (PET) 和单光子发射计算机断层扫描 (SPECT)，是一种医学成像技术，通过静脉给予放射性物质后检测辐射来生成图像。心脏放射性核素成像有助于确定胸痛的病因。
在放射性核素显像中，医生会将一种微量的放射性物质（放射性核素）作为示踪剂注入静脉。患者从放射性核素中接受的辐射量很小。示踪剂可释放 γ 射线，可被伽玛照相机检测到。计算机会根据收到的信息自动分析并构建图像显示组织摄取示踪剂的多少。
心脏放射性核素显像对于诊断原因不明的胸痛尤其有用。在冠心病患者，通过该项检查可以了解冠脉狭窄对心脏血供及功能的影响。放射性核素显像也用来评估搭桥手术或类似手术后心肌血供的改善情况，并帮助确定心脏病发作后患者的预后。
评估心肌的血流灌注情况时，通常在受检者进行运动负荷试验后进行成像。这时心肌细胞摄取示踪剂的量主要取决于局部的血流量。在峰值运动时，心肌缺血区域将显示为放射性稀疏或缺失区（与周围血供正常的心肌区域比较）。如果受检者不能运动，可静脉注射一种药物（如双嘧达莫或腺苷，模拟运动对血流量的影响。
受检者休息数小时后，要进行第二次扫描，以便与运动时的图像相对比。（或者，也可以在不同的日子进行负荷和静息扫描。） 通过这种对比医生可以了解是否存在与冠状动脉狭窄有关的可逆性缺血或瘢痕性不可逆缺血区域，后者与既往发生的心肌梗死有关。
单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是一种放射性核素成像技术，主要与示踪剂一起使用，以帮助评估心肌的血流情况。它可以生成一系列计算机增强的横截面图像，也可以生成三维图像。SPECT 通常与负荷试验联合使用。
正电子发射断层扫描（PET）是另一种放射性核素成像技术。在 PET 中，使用可发出正电子（带有正电荷的电子）的放射性物质（放射性核素）标记心脏细胞功能正常所需的心肌营养素（例如氧气或糖）。将标记后的营养素注入静脉，数分钟后到达心脏。传感器检测正电子并使用它们来创建所检查身体部位的图像。
PET 通常与计算机断层扫描（PET-CT）联合使用，以确定有多少血液流向心肌的不同部位，以及心肌的不同部位如何处理（代谢）各种物质。例如，注入标记的糖，医师就可以区分哪些部分的心肌灌注较差，这是因为灌注差的心肌耗糖量增加。CT 生成这些区域的横断面图层，然后将所有图层组合起来产生详细的三维图像。PET-CT 扫描生成的图像比 SPECT 更清晰，也可用于负荷试验。然而，PET-CT 检查费用昂贵，且不如 SPECT 普及。
放射性核素显像也可用于评估既往心脏病发作造成的心肌损伤、浸润心肌的淀粉样变性等疾病的程度以及总体心脏功能。
放射性核素显像使用的放射性物质会在体内停留数天，因此在检查后数天内，受检者在机场过安检时会触发辐射警报。如果患者接受过放射性核素显像，并打算乘飞机旅行或乘坐汽车、火车或轮船跨越国界时，那么应向医生索取病历记录，以备安检人员需要查验时提供。
