天津医科大学肿瘤医院分子影像及核医学诊疗科正式成立于2009年，由2004年成立的PET-CT中心和于1958年成立的核医学科（时称同位素室）合并而成，徐文贵教授担任首任科主任和学科带头人。经过十几年的快速发展，逐渐成为集诊断、治疗、科研与教学为一体的国内一流核医学专业科室。
目前院本部科室主要包括PET-CT中心、SPECT-CT中心、核素治疗病区及分子影像基础实验室四部分，空港院区核医学科也于2019年11月正式成立。科室人才梯队合理，分工明确，富有创新活力和较强竞争力，现有工作人员63人，高级职称7人、中级职称14人，初级职称42人，其中医师19人，其中包括博士后2名，博士9名（在读3名），硕士7名。
教学和人才培养硕果累累，先后培养博硕士研究生近70名，为多地输送了大批专业骨干，充实在临床科研一线。科室承担国家自然科学基金项目3项，天津市自然科学基金等省部级项目4项，天津市教委等校局级项目6项，国家临床中心项目2项，其他横向课题多项；参加科技部“十二五”、“十三五”项目3项。
承接与发起多中心临床研究5项，参与临床试验10余项；获得天津市科技进步三等奖一项，天津医科大学科技成果奖一项，天津市成果鉴定一项；发表学术论文90余篇，其中SCI收录近30篇，累积影响因子70余分，主编或参编学术著作多部。
开拓进取（2004年-2008年）
2004年医院引进了正电子发射型计算机断层扫描仪（PET-CT），成立PET-CT中心，从白求恩医科大学引进徐文贵教授担任科主任和学科带头人。PET-CT中心成立之初汇集了各学科的专业人才，并聘请鲍润贤教授担任顾问，代表了当时医院医学影像领域的顶尖水平。
通过全科上下的不懈努力，临床医师从对PET-CT陌生甚至质疑，逐渐到熟悉、认可与倚重，PET-CT的检查人数也不断攀升，到2008年时，PET-CT的年检查人次已达1728人次，占到了全市总量的50%以上。
2008年12月19日PET-CT中心与中国科学院高能物理研究所合作共建分子影像联合实验室正式挂牌，并获得财政部项目支持，搭建细胞、动物实验以及新型分子探针研发的平台。
经过反复的摸索与尝试，先后开展了18F-FES雌激素受体显像、18F-FLT细胞增殖显像、18F-FHBG报告基因显像、11C-PD153035表皮生长因子显像、11C-乙酸盐显像、18F-胆碱显像等一系列新型放射性药物的研发与显像的基础及临床前研究，并取得丰硕的科研成果。
从开始的学习与探索，到后来的驾轻就熟，PET-CT中心发展的每一步都走的踏实而稳重。到2008年底时，PET-CT中心共有职工7名，其中医生4名（均为研究生学历）。徐文贵主任带领大家深耕PET-CT在肿瘤诊疗中的临床应用，逐渐形成了自己的特色，并开始在全国肿瘤分子影像领域崭露头角。
砥砺前行（2009年-2020年）
2009年，PET-CT中心与核医学科合并，正式成立分子影像及核医学诊疗科，并聘任原PET-CT中心的徐文贵教授担任科主任，汇聚成更为强大的力量，从此科室的发展也驶入了快车道。新科室成立后，在徐文贵主任的带领下进一步梳理并规范检查流程，成立报告质量考评小组，加强业务学习和科研投入，加强科室制度建设和学科建设，努力打造天津医科大学肿瘤医院核医学品牌。
为了满足广大患者日益增长的检查需求，科室于2014年10月对回旋加速器（GEMINITRACE）和PET-CT（GEDiscoveryST4型）进行了全面升级，并先后购入PET-CT机（GEDiscoveryelite型）、SPECT（GEDiscoveryinfina）、SPECT-CT机（SIMENSSymbioIntervo16）、SPECT-CT机（GEDiscoveryNM/CT670PRO）、乳腺专用PET仪（PEMi），显著缩短了预约等候时间，受到患者的好评。
兼顾诊断和治疗是核医学专业的特色，科室于2010年8月9日成立核素治疗病房，主要开展131碘治疗分化型甲状腺癌、肝癌的放射免疫治疗、放射性粒子植入治疗、多发骨转移瘤的89SrCl2治疗等，相关技术的引入及开展，填补了天津医科大学肿瘤医院乃至天津市的多项空白，为广大肿瘤患者带来了希望和福音。
2019年11月18日，空港医院分子影像及核医学诊疗科依托天津市肿瘤医院空港医院优质的硬件资源和保税区的政策优势成立。至此科室（本部及空港）共拥有PET-CT两台、SPECT（含SPECT-CT）三台、回旋加速器一台、放射性隔离单间病房19间。
科室临床工作量持续增长，截至2020年底，PET-CT年检查量从最初的500人次增长到近9000人次，SPECT年检查量从2008年合科前的3409人次增长到9620人次，核素病房年收治患者近千人次。
科室加强对外交流和学习，坚持“走出去”和“请进来”相结合，先后派出业务骨干赴南方医院、瑞士苏黎世大学医院、韩国原子力医院、美国MDAnderson癌症中心交流学习，并聘请多名知名专家为客座教授与合作教授，提高了科室的业务和科研水平，开拓了眼界。
十几年的砥砺前行，分子影像及核医学诊疗科始终以开拓、创新的精神，紧跟世界影像核医学前沿，并不断发展壮大。截至2020年底，科室共拥有职工63名，其中博士后2名，博士9名（在读3名），硕士20名，高级职称7人，中级职称14人。其中，科主任徐文贵教授获得第三届医师节精工至善奖，2020年被天津市卫健委评为首届“天津名医”。
李小凤获得天津市高校2017年度131创新型人才称号；李小凤、于筱舟获得医院青年创新优秀人才称号。
作为天津市住院医师规范化培训基地，科室常年招收规培生和进修生，并致力于博、硕士研究生的培养，已累计培养研究生近70名，不断为我国肿瘤核医学发展的未来积力蓄能。此外，科室通过研究生组会、科室学术讲座、阅片比赛等形式对青年医师进行培养，并取得了丰硕成果，有多人次在国内多场次PET/CT阅片比赛中获奖，展现了天津医科大学肿瘤医院核医学的技术水平和风采，获得了同行的认可与赞誉。
在基础科研方面，科室承担国家自然科学基金项目3项，天津市自然科学基金等省部级项目5项，天津市教委等校局级项目10项，国家临床中心项目2项，其他院级与横向课题多项；参加科技部“十二五”、“十三五”等项目3项，获得天津市科技进步三等奖一项，天津医科大学科技成果奖一项，天津市成果鉴定一项，发表学术论文90余篇，其中SCI收录近30篇，累积影响因子70余分。
2015年12月18日，徐文贵教授牵头成立了中国抗癌协会肿瘤核医学专委会，并当选为首任主任委员，天津医科大学肿瘤医院也成为天津市核医学领域的第一个全国主委单位。科室先后有多人担任了中国抗癌协会理事、青年理事、专委会主委、委员和青年委员等职务，牵头组织了多个全国多中心临床研究和PET-CT诊疗标准的制定，承担了大量的组织工作和更多的社会责任，在全国的学科地位得到进一步提升。
分子影像及核医学诊疗科始终以中流砥柱的强者之姿，身负业界领跑者的责任感，从不止歇地突破与创新，努力为我国肿瘤防治事业添砖加瓦。