Embora não esteja dedicado ao diagnóstico do câncer, o Icesp conta com um serviço de Radiologia Diagnóstica para avaliar a evolução da doença e a eficácia dos tratamentos dispensados. 

Atualmente, o setor conta com 2 tomógrafos, 4 aparelhos de Raios-X, 1 mamógrafo, 4 aparelhos de ultrassonografia e realiza procedimentos minimamente invasivos como biópsias guiadas por imagem e agulhamentos,  entre outros.

As imagens colhidas nos exames e os laudos são armazenados no sistema RIS/PACS – armazenamento digital. O recurso evita o uso de filmes, que podem perder a qualidade com os anos, proporcionando a disponibilidade imediata da imagem para o médico solicitante, agilizando as condutas a serem tomadas.

Até a implantação total, o Icesp fará a aquisição de modernos equipamentos de imagem, que aumentarão a resolutividade e a agilidade no tratamento do câncer. Em 2010, o Instituto receberá 6 aceleradores lineares para o tratamento radioterápico, 4 equipamentos de ressonância magnética, 6 tomógrafos, 2 equipamentos de PET-CT,  1 de SPECT, 1 equipamento para braquiterapia e 2 angiógrafos.

O Setor de Medicina Nuclear oferecerá mais de 50 tipos de procedimentos cintilográficos que contribuirão para excelente qualidade da assistência do paciente oncológico.