Unter Diagnostik versteht man die Anwendung aller bildgebenden Verfahren zu rein diagnostischen Zwecken, d. h. hier werden Röntgenbilder erstellt; Im klassisch-konventionellen Röntgen der Knochen und der Lunge, Schnittbilder des Patienten an Großgeräten wie dem Computertomograpie CT oder ganz ohne Strahlung am Magnetresonaztomographen (MRT=Kernspin). Weitere Möglichkeiten um Erkrankungen festzustellen oder auszuschließen sind die Angiographie (Gefäßdarstellung), Mammographie (Röntgen der Brust) und die Sonographie (Ultraschall). In der Interventionellen Radiologie wird auch Röntgenstrahlung auch angewendet, um therapeutische Eingriffe zu begleiten.
Die Strahlentherapie ist die medizinische Anwendung von Strahlung (vorwiegend Gammastrahlung) am Linearbeschleuniger bei gut- oder bösartigen Erkrankungen. Hier wird der Patient bestrahlt, um eine Heilung oder Verzögerung der Erkrankung zu erzielen. In diesem Fachgebiet der Radiologie wird hauptsächlich therapiert. Die MTRs sind hier unter anderem für die präzise Positionierung der Patienten und für die Applikation der Strahlung dem Bestrahlungsplan entsprechend verantwortlich.
In der Nuklearmedizin werden offene radioaktive Medikamente sowohl für diagnostische als auch therapeutische Zwecke eingesetzt. Diese Substanzen werden dem Patienten auf vielfältige Weise verabreicht. Nach einer bestimmten Zeit, in der sich das Medikament im Körper anreichert, erstellt die MTRA eigenständig die Bilder des Patienten.