Questa tecnica permette di ottenere immagini digitali di uno strato corporeo, per lo più, anche se non sempre, trasversale rispetto all'asse corporeo principale. Essa misura l'attenuazione di un fascio di raggi X lungo le sue traiettorie attraverso lo strato oggetto di studio; questo strato viene diviso in unità di volume (voxel) e per ciascuna è calcolata la componente di attenuazione; i valori numerici così ottenuti sono rappresentati su un display secondo una scala di grigi, in modo che a ciascun voxel della struttura corrisponda un pixel (unità di superficie). I valori di attenuazione dipendono dalla densità della struttura attraversata; a seconda della "finestra" di valori considerata, la TC è in grado di discriminare le piccole differenze di contrasto esistenti fra strutture con densità elettronica simile a quella delle parti molli, con una notevole accuratezza diagnostica. Nel corso del tempo sono stati sviluppati apparecchi per TC dotati di una sempre maggiore velocità di scansione e da un sempre più grande potere risolutivo dell'immagine. I tomografi a spirale, per esempio, rispetto a quelli tradizionali, sono in grado di acquisire le immagini in modo continuo, in modo da poter eseguire la scansione di torace e addome in un'unica apnea.Gli svantaggi della TC sono rappresentati dai costi elevati e dalla dose cospicua di radiazioni a cui viene sottoposto il paziente.Per quanto riguarda lo studio dei reni, questa metodica evidenzia in modo preciso il loro contorno: a livello del polo superiore, in una scansione sul piano trasversale, essi appaiono di forma tondeggiante, delimitati lateralmente da un pilastro del diaframma e medialmente a destra dal fegato, a sinistra dalla milza; a livello degli ili assume invece una forma tondeggiante; la parte inferiore è delimitata medialmente dal muscolo grande psoas. La TC permette anche di evidenziare la struttura interna del parenchima renale; dopo iniezione di mezzo di contrasto, infatti, è possibile distinguere la corticale dalla midollare. E' possibile vedere la fascia di Gerota, ma non la capsula renale. L'arteria renale sinistra, con la vena che la accompagna, è sempre ben osservabile, quella destra lo è un po' meno. E' possibile osservare con chiarezza anche gli ureteri, soprattutto quando inizia l'escrezione del mezzo di contrasto (fase pielografia) e la vescica. [Cittadini] Prima dell'avvento della RMN, la TC era il gold standard per la diagnosi radiologica di pielonefrite acuta. Possono sfuggire a questa indagine reni con pielonefrite non complicata clinicamente lieve, che possono apparire normali alla TC effettuata sia basalmente che con mezzo di contrasto [Tanner]. La sensibilità dell'esame nel diagnosticare la pielonefrite, su lavori sperimentali, risulta essere dell'86.8%, la specificità 87.5 (Majid). I focolai infiammatori sono raramente identificabili alle scansioni basali; in queste è possibile però osservare fattori predisponesti o complicanze del processo infettivo quali la presenza di gas nel tratto urinario, calcoli, emorragie e ostruzioni [Craig]; in caso di pielonefrite acuta, inoltre, il rene può apparire diffusamente ingrandito. Solo in alcuni casi è possibile osservare una riduzione di densità in corrispondenza dei focolai, probabilmente a causa di un'emorragia interna determinata dall'infezione [Talner].Dopo l'iniezione di mezzo di contrasto, i focolai di pielonefrite appaiono come aree di ridotto enhancement, a forma di cuneo o con l'aspetto di striature, estese dalla papilla verso la periferia nella forma più comune di infezione, propagatasi per via ascendente; quando invece le aree di ridotta captazione del contrasto sono rotonde e collocate in periferia, bisogna considerare l'origine ematogena.L'ipodensità è dovuta a una captazione ritardata del mezzo di contrasto da parte delle regioni infiammate: infatti, se si eseguisse una scansione dalle tre alle sei ore dopo l'iniezione del liquido, si vedrebbe che esso è rimasto proprio nelle zone che in precedenza erano ipocaptanti [Talner]. L'aspetto dei focolai alla TC cambia lungo il decorso clinico della malattia: in genere le aree di infiammazione tendono ad assumere contorni via via più sfumati man mano che ci si avvicina alla guarigione, inoltre i focolai adiacenti tendono a confluire, rendendo impossibile distinguere le forme a origine ascendente da quelle originatesi per propagazione ematogena. La guarigione completa delle lesioni alla TC può impiegare da uno a cinque mesi per realizzarsi [Craig]. Nel caso di trattamento antibiotico insufficiente, le lesioni evolveranno a cicatrici, evidenziabili alla TC come aree in cui è perso il normale parenchima renale. E' stato proprio l'uso della TC a dimostrare che le cicatrici renali come conseguenza della pielonefrite, un tempo considerate un rischio solo per i bambini, possono realizzarsi anche negli adulti (Talner): in studi condotti con TC su piccoli gruppi di pazienti, si è visto che fino al 43% degli adulti con pielonefrite batterica acuta non complicata sviluppa delle cicatrici, almeno lievi; l'atrofia generalizzata del parenchima renale è invece meno comune.In assenza dei segni e sintomi tipici della pielonefrite, i focolai infettivi possono essere scambiati con masse neoplastiche; la diagnosi differenziale in questo caso viene risolta con una biopsia [Craig].La TC permette anche di individuare le complicanze locali dell'infezione, quali: il coinvolgimento della regione perinefrica, con striature iperdense, e della fascia di Gerota, che risulta ispessita  gli ascessi intra ed extraparenchimali. Il caso degli ascessi dimostra, fra l'altro, il fatto che non sempre i dati ricavabili dalla diagnostica per immagini corrispondono con quelli della clinica: è stato infatti osservato che il 15-20% dei pazienti con un ascesso ha un'urocoltura negativa [Craig]. Gli ascessi visibili alla diagnostica per immagini derivano dalla coalescenza di microascessi e possono rendersi evidenti nell'arco di una giornata, cambiando radicalmente l'aspetto della TC. Il contenuto di un ascesso (liquido) ha una densità simile a quella dell'acqua e tende a non captare il mezzo di contrasto. Gli ascessi si evidenziano quindi come aree ipodense e ipocaptanti, che possono però avere un orletto ipercaptante, costituito dalla pseudocapsula, che può avere spessore variabile e spesso presenta alcune modularità. In fase nefrografica, l'ascesso può essere circondato da un alone di ipocaptazione  la pielonefrite enfisematosa. I reperti evidenziabili alla TC in questo caso sono l'allargamento e la distruzione del parenchima, bollicine o striature determinate dal gas, raccolte di liquido, livelli idroaerei e necrosi tissutale focale con o senza ascesso. Craig descrive che sono stati osservati due tipi di distribuzione del gas in questa patologia, correlati con la prognosi. Nel primo tipo, più grave, il gas è limitato al parenchima renale, mentre nel secondo le raccolte interne di gas sono collegate con quelle presenti nel sistema collettore  la pionefrosi. Alla TC vediamo un ispessimento della parete della pelvi renale, infiammazione parenchimale o perinefrica, dilatazione e ostruzione del sistema collettore con maggiore ipodensità delle urine in esso contenute. Tuttavia, è difficile sulla base della TC distinguere l'idronefrosi dalla pionefrosi.