Un examen TEP, ou tomographie par émission de positons, produit des images de l'activité cérébrale en détectant la distribution d'un traceur radioactif, généralement une forme de glucose. Les régions qui consomment davantage de glucose apparaissent plus actives.

Le participant reçoit une faible injection du traceur, puis effectue une tâche ou se repose pendant que des détecteurs placés autour de sa tête enregistrent les positons émis. Un ordinateur reconstruit les données en images montrant l'activité métabolique relative. La tomographie par émission de positons (TEP) a été utilisée pour étudier les corrélats neuronaux du langage, de la mémoire, des émotions et de divers troubles psychiatriques et neurologiques. Elle permet également de suivre la distribution de récepteurs de neurotransmetteurs spécifiques grâce à l'utilisation de composés marqués appropriés.

La résolution spatiale est inférieure à celle de l'IRM, et l'utilisation de produits radioactifs limite la fréquence des examens. Pour de nombreuses applications de recherche, l'IRM fonctionnelle a largement remplacé la TEP car elle ne nécessite aucune injection et peut être répétée plus fréquemment. La TEP demeure néanmoins précieuse pour répondre à certaines questions cliniques et pour étudier des cibles moléculaires inaccessibles à l'IRM.

Lorsque la question est de savoir quelles régions du cerveau sont métaboliquement actives lors d'un état ou d'une tâche particulière, la TEP apporte une réponse directe.