W diagnostyce in vivo nie pobiera się żadnych próbek biologicznych, jedynie mierzy się natężenie promieniowania γ znacznika za pomocą aparatów rozmieszczonych w pobliżu pacjenta. Dzięki specjalnym układom detekcyjnym oraz komputerowemu przetwarzaniu danych pomiarowych, można otrzymywać obrazy przestrzenne badanych narządów wewnętrznych i ich zmian patologicznych.   W diagnostyce in vivo wykorzystuje się komputerową tomografię transmisyjną. Polega ona na pomiarach względnych natężeń skolimowanych wiązek promieniowania γ lub X, przenikających przez badany obiekt wzdłuż określonych kierunków. Po drugiej stronie pacjenta umieszczony jest detektor. Zarówno źródło fotonów jak i detektor mogą wykonywać ruchy okrężne wokół badanego. Detektor zlicza docierające do niego fotony. Stopień osłabienia strumienia fotonów zależy od gęstości i składu chemicznego tkanek, przez które wiązka przechodzi. Na tej podstawie określa się czy i gdzie znajduje się guz.

  Zasada działania scyntygrafu polega na tym, że głowica pomiarowa z licznikiem scyntylacyjnym porusza się prostoliniowo po torze meandrowym (rys. poniżej) skanując punkt po punkcie badany obszar organizmu pacjenta. W wyniku takiego skanowania otrzymuje się płaski obraz rozmieszczenia znacznika w badanym narządzie. Obraz taki odwzorowuje badany narząd i jego zmiany patologiczne. Obrazy mogą być utrwalane na kliszy fotograficznej w skali 1:1. Wadą tej metody jest stosunkowo długi czas badania, wynoszący zwykle kilkadziesiąt minut.

  Kamery gamma (inaczej gammakamery) wyposażone są w detektory pozycjoczułe. Umożliwiają odwzorowanie chwilowego,przestrzennego rozkładu stężenia znacznika w badanym narządzie wewnętrznym o średnicy nie większej niż ok. 30 cm.
  Podstawową zaletą tego rodzaju urządzeń jest to, że nie trzeba skanować badanego obiektu punkt po punkcie, jak w scyntygrafii. Dzięki temu czas badania nieprzekracza zwykle kilku minut. Obrazy badanych narządów kodowane są zwykle w pamięci komputera.
Kamery gamma znalazły zastosowanie w diagnostyce chorób serca (pacjentowi dożylnie podaje się roztwór ze znacznikiem, a następnie śledzi jego przepływ przez duże naczynia krwionośne).