Uygulama Bölümünün görevleri, ülkenin bilimsel, teknik ve ekonomik kalkınmasında atom enerjisinden yararlanılmasını mümkün kılacak her türlü araştırma ve geliştirme çalışmaları kapsamında tıp, endüstri, tarım, gıda, biyoteknoloji, hayvancılık ve sağlık fiziği alanında nükleer ve ileri tekniklerin kullanıldığı çeşitli uygulamaları, bu sektörlerde diğer kurum ve kuruluşlara önderlik edilmesini; lisanslamaya esas radyasyon kontrolleri, radyasyonla çalışanların doz değerlendirmeleri ve kayıtlarının tutulmasını kapsayan dozimetri hizmetlerini, endüstriyel amaçlı gama ışınlarıyla gıda ışınlaması ile gama ışınlarıyla tıbbi sterilizasyon üzerine çalışmaları kapsar.

Araştırma ve Geliştirme Bölümü, ülkenin bilimsel, teknik ve ekonomik kalkınmasında nükleer enerji ve teknolojiden yararlanılmasını mümkün kılacak her türlü araştırma, geliştirme, inceleme ve çalışmayı TAEK Başkanlığı tarafından belirlenen politika ve SANAEM' in vizyonu ve misyonu çerçevesinde yapmakla görevlidir. SANAEM - Araştırma ve Geliştirme Bölümü nükleer araştırmalarla ilgili 5 temel birim altında faaliyetlerini sürdürmektedir.

2690 sayılı TAEK Kanunu'nun 4 üncü maddesinde belirtilen görevlerden; ülkenin bilimsel, teknik ve ekonomik kalkınmasında atom enerjisinden yararlanılmasını mümkün kılacak her türlü araştırma, geliştirme, inceleme ve çalışmayı yapmak ve yaptırmaya yönelik olarak; tıp, endüstri, çevre, tarım, gıda, biyoteknoloji, sentetik metaller ve nükleer teknoloji alanlarında kullanılabilecek malzemeler; iyonlaştırıcı radyasyonun madde ile etkileşmesini güvenilir şekilde belirleyebilmek için detektörler ve dozimetreler ile hızlandırıcı teknolojisinin kullanımı üzerine çalışmaktadır.