中山大学附属第三医院核医学科，是中山大学核医学研究生培养单位（硕士点和博士点），核医学专科医师（住院医师）培训单位，核医学课程教学单位。核医学科由核医学影像（广东省影像医学与核医学重点学科的核医学专科）、功能检查、骨密度检测、核素治疗病区、甲状腺专科（卫生部内分泌与代谢疾病重点学科的甲状腺专科）、核医学检验室等组成，全面开展核医学各项业务，尤其是核素治疗，是广东省较早开展大剂量核素碘-131治疗的病区管理单位之一，为甲状腺癌核素规范化治疗及其管理不断积累经验。目前现有23人，其中博士或硕士生导师4人，正高3人；技术员8人；护士5名。获得国家自然基金5项，省市科研课题基金等20多项研究项目，近十年发表论文100多篇，其中SCI收录期刊论文50多篇。程木华团队2013年申请计算机软件著作权专利1项，2015年获得广东省科技成果奖三等奖1项，实用型专利2项。
核医学科筹建于1994年，2012年搬迁到综合楼新核医学科，设置有SPECT/CT机房、PET/CT机房、PACS室、骨密度室、免疫检测室及核素辐射防护病房等设施。2015年开展PET/CT显像,至此已全面开展核医学SPECT/CT和PET/CT影像诊断、门诊和住院核素治疗、体外检测及骨密度检测等核医学业务。2018年5月美国德克萨斯大学西南医学中心彭方予教授聘为医院核医学科客座教授，正在筹建核医学分子实验室。