中南大学湘雅医院核医学科和核医学教研室成立于1958年12月，最初名为原子医学科，1964年更名为核医学科，是全国最早一批、湖南省第一家开展核医学工作的医疗机构，2020年1月原核医学科与PET中心合并为核医学科（PET中心）。
    湘雅医院核医学科（PET中心）是集医疗、教学、科研和人才培养于一体的现代化科室，拥有临床PET/CT一台、SPECT/CT两台，医用回旋加速器一台，小动物PET/CT一台，及多台先进的正电子药物合成模块，并拥有分子影像实验平台，即将引进PET/MR和第二台PET/CT。
    湘雅医院核医学科（PET中心）目前已经开展了眼眶显像（针对甲亢性眼病活动度分期）、甲状腺显像、甲状旁腺显像（针对甲状旁腺功能亢进）、心肌血流灌注显像（诊断冠心病、心肌炎、心肌病）、肺通气灌注显像（诊断肺栓塞、肺动脉高压、慢阻肺）、肾脏显像、异位胃粘膜（憩室）显像、全身骨显像（针对肿瘤骨转移、代谢性骨病等）、骨关节融合显像（针对局部骨骼、关节的解剖形态及功能代谢状态评估）、甲亢、甲状腺炎症、甲状腺高功能腺瘤等进行诊断及鉴别、碘131甲亢治疗、磷32敷贴治疗、锶89肿瘤骨转移灶的内照射治疗、50多项人体活性物质的体外检测项目（30多个检测项目参加了国家卫健委临床检验中心的室间质量评价）以及PET/CT显像治疗等。
    湘雅医院核医学科（PET中心）作为湖南省首个获得《放射性药品使用许可证》四类证单位，可以根据患者需求开展精准靶向PET显像，目前核医学科开展的PET/CT临床检查项目在湖南省最齐全，很多临床研究项目在国内率先开展、达到国际领先水平。科室除了常规开展18F-FDG肿瘤糖代谢显像，还开展了包括18F-奥曲肽显像（用于神经内分泌肿瘤诊断）、18F-PSMA显像（用于前列腺癌诊断）；11C-CFT（用于帕金森病诊断），11C-PIB、18F-AV45（用于阿茨海默病诊断）等等，为患者和临床提供更精准的诊断和疗效评估手段。在国内首个开展18F-SDM8神经突触显像，达到国际领先水平。其中18F-奥曲肽PET/CT显像在神经内分泌肿瘤的应用曾获得中南大学湘雅医院医疗新技术一等奖。