bruk av metoder og teknikker fra atom-, kjerne- og partikkelfysikk i medisinsk behandling og forskning. Billeddannelse er et viktig felt. Blant teknikker for strukturell billeddannelse av kroppens anatomi med opprinnelse i atom-, kjerne- og partikkelfysikk, er røntgenbildeteknikk, computer-tomografi, CT, og magnetisk resonanstomografi, MR. Bilder som fremstiller biokjemiske og fysiologiske forhold, kan dannes ved kartlegging av fordelingen av radioaktive sporstoffer, bl.a. ved positron-emisjons-tomografi, PET.
Radioterapi
, der kroppsvev bestråles med kunstig produserte stråler, anvendes særlig innen kreftbehandling. De mest brukte stråletypene til slik behandling er røntgen- og elektronstråling. Denne behandlingsformen bygger på at strålingen bryter opp hydrogenbindinger og ødelegger DNA-informasjon som er nødvendig for celleformering.
Også andre typer stråling er blitt tatt i bruk, bl.a. nøytron- og protonbestråling. Begge forutsetter en protonakselerator og et avansert bestrålingssystem. Slike teknikker er derfor kostbare, men utbredelsen og bruken av dem er økende. Protonstråling har den attraktive egenskapen at nesten all energiavsetning, og derved nesten all skade av kroppsvev, skjer over et meget lite område der protonene stopper. Dette området kan beregnes nøyaktig dersom kroppens vevsstruktur og protonenes energi og retning er kjent. Derved kan virkningen av strålene begrenses til en tumor, også om denne ligger dypt inne i kroppen eller nær følsomme celler som ikke må skades (øye, hode).
Tyngre ioner er mer effektive enn protoner når de stopper, men mindre skadelige før de stopper (høyere biologisk effektivitet).