電腦斷層(CT)和磁振造影(MRI)是目前最常被使用在腦部疾病的解剖影像診斷工具，相對的，核子醫學的單光子照影 (single-photon emission computed tomography，SPECT)和正子照影 (positron emission tomography，PET)則是最常被使用的功能性影像工具。除了傳統核子醫學單光子腦部血流照影已被運用在腦血管病灶和癲癇的診斷、定位和預後評估，並且已具有重要的臨床診斷價值外， 許多新興的同位素分子探針(molecular probes)正在持續不斷的被研發，加上正子造影更普遍的提昇了核醫影像的解析度。 我們現在可以使用各種同位素分子標靶探針從各種不同的角度來評估腦部的功能變化. 例如：18F-去氧葡萄糖(18F-FDG) 讓我們可以活體(in vivo)評估腦部葡萄糖的代謝；其他特異標靶在神經傳輸物質 (neurotransmitter)-感受體(receptor) 的同位素分子藥物讓我們更了解dopaminergic、GABAergic和serotonergic 等的傳導路徑，也可以經由神經傳輸受體在治療前及治療後的佔據率來評估治療藥物的機轉，並找到最佳療效劑量。 另外，會和澱粉質(amyloid)結合的同位素分子探針則讓我們可以在活體定量腦部β-amyloid 的不正常堆積，以早期診斷腦部退化性疾病。未來更多標靶分子探針的進展，將可以對於腦部疾病的分子變化有更進一步了解，用於幫助各種腦部疾病的致病機轉的解釋。