天津市第一中心医院核医学科创建于1959年，是全国第一批成立核医学科的单位之一，同时也是天津市建制最全的核医学科，现任科主任沈婕。科室分四个工作模块：甲状腺核医学门诊及核素治疗、核医学分子显像（SPECT/PET-CT）、核医学体外分析实验室及放射性药物研发与制备。

常规开展各种甲状腺疾病治疗、肿瘤核素治疗、各种核医学显像、血尿标本检测、粒子植入放射治疗等方面的工作。科室年门诊量达3万余人次，PET/CT年均2000余人次，SPECT/CT检查年均6000余人，核素治疗年均3300余人次。科室拥有国际先进德国西门子PET/CT机和双探头SPECT/CT机、德国罗氏Cobase411电化学发光仪、韩国放免仪等大型先进医疗设备。

科室承担南开大学、天津医科大学研究生、本科生及天津市高等医学专科学院核医学临床教学工作。为天津医科大学博士培养单位、南开大学硕士培养单位、天津市核医学毕业后质控专家组组长挂靠单位。

目前科室承担临床试验4项，包括比较H-CHOP与R-CHOP在初治弥漫性大B细胞淋巴瘤患者中有效性和安全性的多中心、随机、双盲、对照等效性的Ⅲ期临床实验，FDGPETCT影像组学预测肺癌基因突变，多发性骨髓瘤PET/CT影像组学多中心研究、肝细胞癌（HCC）PET/CT影像组学及131I联合ATD治疗Graves病患者多中心试验研究。