以利用核辐射和核电子学技术为基础并有明确应用目的的仪器。这种仪器通常由辐射源、探测器和核电子学系统三部分组成。辐射源可以是放射性同位素，也可以是加速器、反应堆、中子发生器或X射线发生器等。探测器的种类由所测辐射的种类、能量和使用要求决定(见辐射探测器)。核电子学系统进行随机信号处理、数据处理和辐射信息的统计显示；有的还配备专用微处理机或计算机。
核辐射应用技术由于利用了原子核辐射的特殊性质，可以解决许多其他方法无法解决的问题。
利用每种放射性核素只辐射一定种类和一定能量射线的特点，可以通过测定辐射能谱来识别其中所含的放射性核素成分。这种仪器要使用输出幅度与能量成比例的探测器、低噪声信号处理器和多道幅度分析器，它们统称为多道谱仪或核辐射能谱仪。也可以按所用探测器类型、被测射线种类或探测目的命名,如闪烁谱仪、高纯锗谱仪、α谱仪、铀含量仪等，广泛用于地质勘探、核电站反应物监测和各种核物理实验。
利用核辐射、X射线或加速的质子束激发待测样品，可以使元素产生特征X射线(荧光)。通过测定待测样品的特征X射线谱,可以测定存在于样品中极微量元素的含量。这种仪器使用能测量低能X射线能谱的探测器（如正比计数管和硅锂探测器）做成多道谱仪,称为X射线荧光分析仪。利用中子照射样品，使其中某些微量元素活化变成放射性同位素，然后通过测定其辐射能谱，可以测定样品中极微量元素的成分。这种仪器称为中子活化分析仪。X射线荧光分析仪和中子活化分析仪广泛用于材料成分分析、环境样品分析、考古分析和法医鉴定等方面。
利用不同物质对核辐射有不同的吸收和反射特性，在样品被辐射源照射时测定透射或反射的辐射强度，可以测定样品的厚度或密度（如测量钢板、纸张和贵金属镀层的厚度或焦炭的密度等）。这种仪器称为辐射厚度计或密度计，它可以在生产线上无损地（有时是在容器或管道系统外无接触地）进行连续测量和控制。
利用测量穿透装填物料之容器的核辐射强度或测量被它们反射的辐射强度，可以测定其内部装料情况（如炼铁高炉或立式水泥窑的料位），称为辐射料位计。利用水对快中子的慢化作用，通过测量慢化后的热中子计数，可以确定水工建筑、农田土壤和粮食种子等的水分含量，称为中子水分计。
利用X射线在人体径向不同角度进行透视测量,由计算机处理数据后可以建立人体体内断层的图像，为医疗诊断提供有用的新技术。所用仪器称为X射线计算机断层扫描照相机，简称XCT。
利用微量放射性同位素参与生物体内的生理或生物化学过程，可以在生物体外测定这种元素在体内的扩散和聚集情况,广泛用于医疗诊断和农作物研究,如γ射线心脏功能仪、放射性碘甲状腺功能仪、脑血流图仪、γ照相机和同位素示踪仪等。通过计算机处理体内发射到各方向的射线强度，还可建立起反映生理、生物化学过程的人体断层图像，所用仪器称为发射型计算机断层扫描照相机(ECT)。
通过核辐射与生物机体相互作用的研究，可以制成各种测定照射剂量或吸收剂量的仪器，为放射性工作人员提供安全保护，称为辐射防护仪器，如X或γ辐射照射率计、中子剂量当量率计和个人剂量计。军用辐射防护仪器除用于常规监测外，还用于测量核爆炸早期辐射、剩余辐射和地面放射性沾染。对核爆炸产生的核辐射、光辐射和冲击波等效应进行综合观测和分析，可以测定核爆炸的时间、地点、高度、当量和核爆炸动力学过程的各种参数，构成核爆炸观测、预测系统和核爆炸动力学监测系统。