A nukleáris kutatás a budapesti Magyar Királyi Tudományegyetemen - a későbbi Pázmány Péter Tudományegyetem, majd Eötvös Loránd Tudományegyetem elődjén - 1911-ben, csupán másfél évtizeddel a radioaktivitás felfedezése (Becquerel, 1896) után kezdődött. Hat évvel később Weszelszky Gyula (1872-1940), a Radiológiai Intézet első vezetője, már egy 200 oldalas monográfiát közölt a radioaktivitásról. Ezek után az Intézet kifejlesztette világhírű, számos külföldi laboratóriumban is használt rádiumemanációs készülékét.

Hevesy György (1885-1966) kémiai Nobel-díjas (1943) kutató egy rövid ideig 1919-ben szintén az egyetem professzora volt. Ugyan világhírű radiokémiai kutatásainak nagy részét külföldön folytatta, az első nyomkövetési kísérleteket idehaza, Gróh Gyula (1886-1952) professzor együttműködésével végezte.

Weszelszky professzor halála után a radiológiai kutatást és oktatást utódja, Imre Lajos (1900-1974) folytatta. Legkiemelkedőbb sikereit a szorpciós folyamatok radioaktív nyomkövetéssel való vizsgálatával érte el. 1940-től a Kolozsvári Egyetemen folytatta munkáját. Távozásával a nukleáris kutatás rövid időre megszakadt az akkori Pázmány Péter Tudományegyetemen (A Magyar Királyi Tudományegyetem 1921-ben alapítójának, Pázmány Péter esztergomi érsek nevét vette fel).

15 év szünet után 1957-ben fiziko-kémiai kutatások indultak radioaktív magokkal egy B típusú laboratóriumban a Lengyel Sándor (1914-1991) vezetése alatt álló Fizikai Kémiai és Radiokémiai Tanszéken. Időközben az egyetem ismét nevet váltott, ezután egykori professzora, a fizikus és államférfi báró Eötvös Loránd nevét viselte.

1967-ben Vértes Attila vezetésével Mössbauer-spektroszkópiai és pozitron annihilációs kutatások indultak a Fizikai Kémiai és Radiokémiai Tanszéken. A Magkémiai Tanszék, mint különálló egység 1983. szeptember 1-én alakult meg abban az épületben, ahol Weszelszky professzor laboratóriuma is volt. A tanszék 1989-ben az akkori Kémiai Tanszékcsoporttal együtt az új, Pázmány Péter sétányon található lágymányosi épületbe költözött.

A Magkémiai Tanszékhez kapcsolódva 1996-ban alakult meg az MTA-ELTE Nukleáris Szerkezetvizsgáló Kutatócsoport.

A 2005/06-os években az intézményi átalakulás során a Kémiai Tanszékcsoportból Kémiai Intézet lett, melyben a Magkémiai Tanszék oktatási feladatait az Analitikai Tanszék, kutatási munkáját pedig a Magkémiai Laboratórium folytatja.