Obstaja močna povezava med medicinskim slikanjem in fiziko, saj večina tehnik slikanja zahteva napredno znanstveno znanje. Ultrazvočnih strojev, na primer, ne bi mogli izumiti brez podrobnega razumevanja lastnosti visokofrekvenčnega zvoka. Jedrsko slikanje in slikanje z magnetno resonanco (MRI) zahtevata tudi poglobljeno znanje o tem, kako različni materiali reagirajo v različnih situacijah, na primer pod vplivom močnega magnetnega polja.
Veliko tehnik medicinskega slikanja je bilo mogoče razviti šele, ko je bila določena tehnologija dobro razumljena, zato sta medicinsko slikanje in fizika tako tesno povezani. Znanstvene raziskave so prinesle večje poznavanje visokoenergetskih elektromagnetnih valov, močnih magnetnih polj in ultrazvoka. Ta temeljna raziskava je medicinskim fizikom omogočila raziskovanje in razvoj medicinskih aplikacij za te naravne pojave. Prav tako je iz varnostnih razlogov bistveno, da je veliko znanega o določeni vrsti tehnologije, kot so močna magnetna polja za MRI skeniranje, preden se uporabljajo v medicinskih situacijah.
Ultrazvok je en primer, kako sta medicinsko slikanje in fizika močno povezani. Za izvedbo ultrazvočnega pregleda se uporablja stroj za ustvarjanje visokofrekvenčnega zvoka. Ta zvok je previsok, da bi ga človek slišal, vendar je po zaslugi znanstvenih raziskav veliko znanega o tem, kako se odziva na različne materiale. Prednost ultrazvoka je, da lahko prodre in se odbije od materiala, kar omogoča ustvarjanje notranje podobe telesa. Obstaja veliko drugih medicinskih aplikacij za ultrazvočne naprave, vključno z razbijanjem ledvičnih kamnov in zdravljenjem športnih poškodb.
Nuklearna medicina je eden najboljših primerov povezave med medicinskim slikanjem in fiziko. V preteklem stoletju je bilo opravljenih ogromno raziskav o radioaktivnih snoveh. To pomeni, da imajo znanstveniki veliko znanja o tem, kako različne radioaktivne snovi reagirajo v različnih situacijah. Skeniranje nuklearne medicine uporablja dobro uveljavljeno stopnjo razpada radioaktivnih materialov, ki jo je mogoče zelo natančno napovedati, če je snov najdena v razumnih količinah, da se oblikuje podrobna slika telesa. Znanstveno znanje o tem, kako radioaktivni materiali razpadajo, prav tako določa omejitve količine, ki je varna za izpostavljenost ljudi.
MRI pregledi tudi kažejo povezavo med medicinskim slikanjem in fiziko. MRI skener uporablja magnetna polja, ki so do 30,000-krat večja od zemeljskega magnetnega polja, da vpliva na atomsko vrtenje atomov v telesu. Ta vrsta skeniranja združuje znanstveno znanje magnetnih polj, elektromagnetnih valov in kvantne mehanike, da ustvari zelo podrobno sliko. Takšno skeniranje ne bi bilo mogoče brez velike količine raziskav na številnih področjih fizike.