Открытие естественной радиоактивности и последовавшие за этим исследования в области ядерной физики обусловили развитие радиобиологии, изучающей действие ионизирующих излучений на живые организмы. Русский патофизиолог Е. С. Лондон применил ауторадиографию (1904) и опубликовал первую монографию по радиобиологии (1911). Дальнейшие исследования привели к возникновению радиационной гигиены, применению радиоактивных изотопов в диагностических и лечебных целях, что, в свою очередь, позволило разработать метод меченых атомов; радий и радиоактивные препараты стали успешно применяться в лечебных целях.
В М. происходит глубокая техническая революция. Огромное значение имело внедрение электроники. Появились принципиально новые методы регистрации функций органов и систем с помощью различных воспринимающих, передающих и записывающих устройств (передача данных о работе сердца и других функциях осуществляется даже на космические расстояния); управляемые устройства в виде искусственной почки, искусственных сердца — лёгких выполняют работу этих органов, например во время хирургических операций; электростимуляция позволяет управлять ритмом больного сердца, вызывать опорожнение мочевого пузыря и т. д. Электронная микроскопия в сочетании с техникой приготовления срезов толщиной до 0,02 мкм сделала возможным увеличение в десятки тысяч раз. Применение электроники сопровождается разработкой количественных методов, позволяющих точно и объективно следить за ходом биологического процесса.
Активно развивается медицинская кибернетика. Особое значение приобрела проблема программирования дифференциальных признаков болезней и привлечения ЭВМ для постановки диагноза. Созданы автоматические системы регулирования наркоза, дыхания и уровня артериального давления во время операций, активные управляемые протезы (см. Протезирование) и т. д. Выдающиеся успехи физики, химии полимеров, создание новой техники оказывают огромное влияние на медицинскую науку и практику (см. также Медицинская промышленность, Медицинский инструментарий).
Важный результат технического прогресса — возникновение новых отраслей М. Так, с развитием авиации в начале 20 века зародилась авиационная М.; её основоположниками были: в России Н. А. Рынин, во Франции Р. Мулинье, в Германии Е. Кошель. Полёты человека на космических кораблях привели к возникновению космической М.
Значительное влияние на развитие М. оказали химия и физическая химия. Были созданы и нашли применение новые химические и физико-химические методы исследования, продвинулось вперёд изучение химических основ жизненных процессов. В начале 20 века И. К. Банг (Швеция) разработал методы определения различных веществ в малых количествах исследуемого субстрата (кровь, сыворотка и т. д.), что расширило диагностические возможности.
В результате исследований, направленных на расшифровку химизма патологических состояний, установлено, что различные заболевания обусловлены нарушениями определенных процессов химических превращений в цепи обмена веществ. После того как Л. Полинг и другие установили, что изменение структуры гемоглобина приводит к определенному заболеванию — серповидно-клеточной анемии (1949), получены данные, согласно которым молекулярные основы болезней в ряде случаев проявляются в дефектности молекул аминокислот (см. также Молекулярная биология). Изучение механизмов регуляции обмена веществ на различных уровнях позволило создать новые методы лечения.
Большое влияние на М. оказала генетика, установившая законы и механизмы наследственности и изменчивости организмов. Изучение наследственных заболеваний привело к возникновению медицинской генетики. Успехи этой научной дисциплины помогли понять взаимодействие факторов наследственности и среды, установить, что условия среды могут способствовать развитию или подавлению наследственного предрасположения к болезни. Разработаны методы экспресс-диагностики, предупреждения и лечения ряда наследственных заболеваний, организована консультативная помощь населению (см. Медико-генетическая консультация). Новые перспективы открывают перед М. исследования в области генетики микроорганизмов, в том числе вирусов, а также биохимической и молекулярной генетики.
Иммунология 20 века переросла рамки классического учения о невосприимчивости к инфекционным болезням и постепенно охватила проблемы патологии, генетики, эмбриологии, трансплантации, онкологии и др. Установленный в 1898—99 сотрудниками И. И. Мечникова Ж. Борде и Н. Н. Чистовичем факт, что введение чужеродных эритроцитов и сывороточных белков стимулирует выработку антител, положил начало развитию неинфекционной иммунологии. Последующее изучение питотоксических антител стало основой формирования иммунопатологии, изучающей многие заболевания, природа которых связана с расстройствами иммунологических механизмов. Открытие К. Ландштейнером законов изогемоагглютинации (1900—01) и Я. Янским 4 групп крови человека (1907) привело к использованию в практической М. переливания крови и формированию учения о тканевых изоантигенах (см. Антигены). Изучение законов наследования антигенов и других факторов иммунитета породило новую отрасль — иммуногенетику. Изучение эмбриогенеза показало значение явлений иммунитета в тканевой дифференцировке.
В 40-х годах выяснилось, что процесс отторжения чужеродной ткани при трансплантации объясняется иммунологическими механизмами. В 50-х годах была открыта иммунологическая толерантность: организмы, развивающиеся из эмбрионов, на которые воздействовали определенными антигенами, после рождения теряют способность отвечать на них выработкой антител и активно отторгать их. Это открыло перспективы преодоления иммунологической несовместимости тканей при пересадке тканей и органов. В 50-х годах возникла иммунология опухолей; получили развитие радиационная иммунология, иммуногематология, методы иммунодиагностики, иммунопрофилактики, иммунотерапии.
В тесной связи с изучением иммунологических процессов проходило исследование различных форм извращённой реакции организма на чужеродные субстанции. Открытие французским учёным Ж. Рише явления анафилаксии (1902), французским бактериологом М. Артюсом и русским патологом Г. П. Сахаровым феномена сывороточной анафилаксии и анафилактического шока (1903—05) и др. заложили фундамент учения об аллергии. Австрийский педиатр К. Пирке ввёл термин «аллергия» и предложил (1907) аллергическую кожную реакцию на туберкулин как диагностическую пробу при туберкулёзе (см. Пирке реакция). Общие закономерности эволюции аллергических реакций раскрыл Н. Н. Сиротинин; М. А. Скворцов и другие описали их морфологию.