De hoofdlijn van het onderzoek in de dienst nucleaire geneeskunde van het UZ Brussel is de ontwikkeling en klinische validatie van nieuwe radiofarmaca en van digitale beeldverwerkingstechnieken voor emissietomografie (PET en SPECT). De primaire doelstelling is de ontwikkeling van nieuwe en de verbetering van bestaande kwantitatieve diagnostische beeldvormingstechnieken die gebruik maken van radioactieve tracers. Van nature uit is dit onderzoek sterk multidisciplinair. De voornaamste klinische toepassingsgebieden situeren zich in het gebied van de beeldvorming van de hersenen, de nucleaire oncologie en de nucleaire cardiologie.

Er bestaat een continuüm in het onderzoek van preklinisch fundamenteel en toegepast onderzoek tot en met patiëntenzorg. In 2004 kon dankzij een impulsfinanciering voor zware apparatuur het Laboratorium voor In Vivo Cellular and Molecular Imaging van de Vrije Universiteit Brussel ingericht worden. In dit centrum worden verschillende beeldvormingsmodaliteiten voor kleine proefdieren (micro SPECT, micro CT, ultrasound en in vivo bioluminescentie) bijeengebracht, samen met een eenheid voor de ontwikkeling van gemerkte probes. Er werken op dit ogenblik een 15-tal vorsers in samenwerking met andere laboratoria van de Faculteit Geneeskunde en Farmacie van de Vrije Universiteit Brussel en daarbuiten. Verschillende onderzoeksprojecten beogen ondermeer de in vivo visualisatie van celmigratie, functionele cardiale beeldvorming, het gebruik van gemerkte nanobodies voor in vivo karakterisatie van tumoren.