天津分子核医学重点实验室成立于2003年，并开始运行和对外开放。在过去的10年建设中，实验室承担了大量国家和省部级科研课题，取得了一系列重要的科研成果，特别是在体内显像药物、多肽药物、单克隆抗体和基因工程抗体、体外免疫分析试剂盒、反义分子成像、肿瘤乏氧显像剂、放射性核素示踪、辐射抗性IRM-2小鼠的培育与应用等开展了大量的研发工作，科研成果先后多次获国家科技进步奖、卫生部、中华医学科技奖、天津市科技进步奖和中国医学科学院等奖励。同时在核医学学科建设和人才培养等方面也取得了许多进展，推动了我国核医学和核生物技术研究工作的发展，成为国内核医学和技术基础研究、应用开发研究和人才培养的一个重要基地。2008和2013年先后两次通过了天津科委组织的两个5年建设的评估，成绩优秀和良好。
为了适应我国核事业和行业的发展需求，实验室在完成了第二个5年计划建设后更名为“天津市放射医学与核医学重点实验室”，进一步拓展了研究内容和服务范围。目前，实验室主要研究方向包括：(i)电离辐射损伤效应的基础和应用研究，主要包括辐射损伤相关性基因的筛选和功能研究和辐射干细胞损伤的研究，为辐射损伤机制、防护与救治以及生物剂量计的研发提供理论基础；(ii) 辐射损伤防护和救治的基础和应用研究；主要包括辐射损伤防护药物、放射性核素阻吸收和促排药物，急性辐射损伤和辐射烧伤的救治技术的研究；(iii) 实验核医学和临床核医学的基础和应用研究，特别是核药学的应用基础研究为方向，通过放射性药物、重要疾病的标志分子等的研究和制备，改进和发展新的体内显像技术、体外分析技术和核素治疗技术，为心脑血管疾病、肿瘤等重大疾病的核医学诊断、治疗和发病机理研究提供安全有效的新药物和新技术等。
实验室目前拥有一支朝气蓬勃、勇于创新、学术思想活跃、能够承担国家大型科研项目的以中青年为主体的学术队伍，包括国家杰出青年基金获得者1人，实验室将始终围绕国家核事业发展和核行业发展的战略目标，进一步引进和培养高水平科研和技术人才，保持研究队伍的活力。实验室重视国内外的学术交流与合作。围绕主要研究领域，实验室聘请了多名国际知名学者兼任实验室客座教授，同时创造良好的研究工作条件，每年支持2-3名国外知名的科学家到实验室从事合作研究工作。实验室立足创新的基础研究，加快实现科技成果的转化，争取在科研方面实现重大的突破。
