Badanie to ocenia strukturę, a przede wszystkim czynność układu nerwowego przy pomocy niewielkich dawek izotopów promieniotwórczych (radioznaczników) - technetu-99m lub, rzadziej, ksenonu-133. Rejestracji rozmieszczenia lub przepływu izotopu dokonuje się za pomocą aparatów zwanych gammakamerami.
W statycznej scyntygrafii mózgowia radioznacznikiem jest technet-99m w postaci nadtechnecjanu, który gromadzi się w guzach mózgu i ogniskach niedokrwienia lub technet-99m połączony z kompleksem MIBI gromadzący się w guzach mózgu. W angioscyntygrafii mózgowej stosuje się technet-99m połączony z kompleksem DTPA, obrazujący przepływ krwi przez mózg. Tomograficzne badanie przepływu mózgowego wykonuje się przy pomocy technetu-99m połączonego z kompleksem HMPAO, obrazującego prawidłowy przepływ mózgowy. W ogniskach niedokrwiennych mózgu obserwuje się brak gromadzenia radioznacznika - "ognisko zimne". We wszystkich badaniach przepływu mózgowego i w statycznej scyntygrafi mózgu radioznacznik wprowadza się do krwiobiegu. W mieloscyntygrafii i cysternografii stosuje się technet-99m-DTPA podany do płynu mózgowo- rdzeniowego. Badania różnią się czasem odczytu - w mielografii, gdzie chodzi o ocenę przestrzeni płynowych kanału kręgowego, pomiar (zdjęcia) wykonuje po 4 godzinach; w cysternografii, gdzie chodzi o ocenę przestrzeni płynowych mózgu, zdjęcia rejestruje się po 6, 24 i 48 godzinach.

Techniki izotopowe w neurologii wykorzystywane są przy badaniu przepływu mózgowego, ocenie struktury mózgu i patologii kanału kręgowego oraz krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego, w zależności od rodzaju radioznacznika i sposobu jego podawania.

Angioscyntygrafia mózgowa i tomograficzne badanie przepływu mózgowego
Badania te pozwalają na ocenę przepływu krwi przez łożyska naczyniowe tętnic szyjnych, przednich i środkowych tętnic mózgu (angioscyntygrafia mózgowa) oraz przepływu przez drobne naczynia mózgu, w tym także unaczynniające ośrodki podkorowe (tomograficzne badania przepływu mózgowego). Wykazują także obecność ognisk niedokrwiennych mózgu. Badanie uzupełnia się niekiedy testami farmakologicznymi, które badają wpływ leków (acetazolamid i aminofilina) na przepływ w naczyniach mózgowych. Testy farmakologiczne oceniają reaktywność krążenia mózgowego i wykrywają ukryte upośledzenie przepływu mózgowego.

Statyczna scyntygrafia mózgu
Badanie to pozwala na różnicowanie guzów mózgu i ognisk niedokrwiennych, w tym na ocenę niejasnych diagnostycznie ognisk patologicznych wykrytych przy pomocy badania tomokomputerowego.

Mielografia i cysternografia izotopowa
Mielografia pozwala na uzyskanie obrazu kanału kręgowego (wykrycie zwężenia i przepukliny), cysternografia pozwala na ocenę krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego. Cysternografię izotopową wykonuje się również przy podejrzeniu płynotoku (wycieku płynu mózgowo-rdzeniowego do jamy nosowej lub przewodu słuchowego).