La PET è basata sulla rilevazione di due fotoni che si annichilano quando un radioisotopo emette un positrone. Il 18 F (fluoro 18) decade in questo modo: 18 F → 18 O + e + + ν. In altre parole un 18 F che decade produce un ossigeno 18 ( 18 O) un positrone ed un neutrone, soltanto il positrone (e + ) serve agli effetti dell'immagine. Il positrone, una volta prodotto, migra verso l'esterno perdendo energia cinetica nei tessuti circostanti come se fosse un elettrone, perde "quanti di energia" ionizzando ed eccita gli atomi vicini modificandone i livelli energetici.La PET rappresenta il mezzo più sensibile per determinare nel corpo piccole concentrazioni di "traccianti". Si parla di quantità picomolari di radiofarmaco.I risultati migliori si sono ottenuti dal miglioramento degli scanners e ulteriori miglioramenti si hanno operando in tridimensionale (3D).La risoluzione spaziale di uno scanner PET è data dalla capacità di localizzare i fotoni in arrivo.