تُحقن جزيئة موسومة بنظير مُشعّ باعث للبوزيترونات في مجرى الدم، وتتراكم في الأنسجة وفقًا لخصائصها البيولوجية. عندما يتفاعل البوزيترون المنبعث مع إلكترون، ينتج شعاعان من أشعة غاما؛ تقوم أجهزة الكشف المحيطة بالرأس بتسجيل الأشعة المتزامنة وإعادة بناء خريطة ثلاثية الأبعاد لتوزيع المادة المشعة. هذه هي تقنية التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET).

اعتمادًا على المادة المشعة المستخدمة، يمكن للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) قياس استقلاب الجلوكوز، وتدفق الدم، وشغل مستقبلات الدوبامين، وترسب الأميلويد، أو العديد من العمليات الجزيئية الأخرى. ولذلك، فهو يوفر معلومات وظيفية وكيميائية عصبية لا يمكن للتصوير الهيكلي توفيرها. عادةً ما تكون الدقة المكانية بضعة ملليمترات، بينما تُحدَّد الدقة الزمنية بحركية المادة المشعة.

لعب التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) دورًا محوريًا في دراسة الأمراض التنكسية العصبية والإدمان وآليات عمل الأدوية المؤثرة على الحالة النفسية. وتتيح أجهزة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني/التصوير بالرنين المغناطيسي المدمجة الآن الحصول على بيانات جزيئية وتشريحية في آن واحد. إلا أن الحاجة إلى سيكلوترون أو مصدر قريب للنظائر المشعة واستخدام الإشعاع المؤين تُعدّ من القيود العملية.

يمكن لمادة التتبع المختارة بعناية أن تجعل مجموعة مستقبلات معينة أو بروتينًا مرضيًا مرئيًا في الدماغ الحي.