La tomografia ad emissione di positroni (PET), e la tomografia ad emissione di positroni cerebrali, misurano le emissioni da sostanze chimiche metabolicamente attive marcate radioattivamente che sono state iniettate nel flusso sanguigno. I dati di emissione sono elaborati al computer per produrre immagini bidimensionali o tridimensionali della distribuzione delle sostanze chimiche nel cervello. I radioisotopi che emettono positroni utilizzati sono prodotti da un ciclotrone e le sostanze chimiche sono marcate con questi atomi radioattivi . Il composto marcato, chiamato radiotracciante, viene iniettato nel flusso sanguigno e infine si dirige verso il cervello. I sensori nello scanner PET rilevano la radioattività mentre il composto si accumula in varie regioni del cervello. Un computer utilizza i dati raccolti dai sensori per creare immagini bidimensionali o tridimensionali che mostrano dove agisce il composto nel cervello. Particolarmente utili sono una vasta gamma di ligandi usati per mappare diversi aspetti dell'attività dei neurotrasmettitori; il tracciante PET di gran lunga più comunemente usato è una forma marcata di glucosio (vedi Fluorodesossiglucosio).