핵의학과 관련학문의 연구를 통하여 우리나라 핵의학 발전에 기여하며, 회원 상호간의 친목을 도모할 목적으로, 이문호(李文鎬)·이장규(李章圭)·민병석(閔丙奭)·고창순(高昌舜)·황기석(黃基錫)·이민재(李珉載)·김동수(金東洙) 등이 중심이 되어 1961년 12월 서울에서 설립되었다.
설립 이후 정기적으로 연 2회 학술대회를 개최하고 있는데, 춘계대회는 심포지엄과 특강을 위주로 개최하며, 추계대회는 총회와 연구발표회를 겸하고 있다. 내용은 주로 의학 각 분야에 있어서 방사성동위원소를 이용한 연구·진단·치료에 관한 것이다. 1967년 3월 학회지 『대한핵의학회지』를 창간한 이래, 매년 2회씩 발간하고 있다.
국제적 학술교류를 위하여는 1966년 우리나라에서는 처음으로 국제의학학술대회인 국제핵의학 심포지엄을 개최한 바 있으며, 1976년 일본·오스트레일리아 등과 함께 아시아·오세아니아주핵의학회를 창설하였고, 1984년 8월 서울에서 제3차아시아·오세아니아주핵의학회를 개최하였다.
1984년 3월부터 매달 핵의학집담회를 개최하여 회원 상호간의 학술정보를 교환하고 있으며, 1986년부터는 회원들의 연구의욕을 고취시키기 위하여 대한핵의학회상을 제정하여 매년 우수한 연구성과를 올린 자에게 수여하고 있다.
회원은 정회원·명예회원·수련회원·준회원으로 구분되는데, 정회원은 의사 및 핵과학자로서 핵의학을 전공하는 자이며, 특별회원은 핵의학에 공헌이 큰 인사로 평의원회의 인준을 거쳐서 추대한다. 현재 정회원 총수는 약 400명이며, 학회 사무실은 서울특별시 종로구 창신동에 있다.