PETスキャン（陽電子放出断層撮影）は、放射性トレーサー（通常はブドウ糖の一種）の分布を検出することで、脳活動の画像を生成する。ブドウ糖を多く消費する領域は、より活発に活動しているように見える。

被験者はトレーサーを少量注射され、その後、頭部を囲む検出器が放出された陽電子を記録する間、何らかの作業を行うか、あるいは休息をとる。コンピュータはデータを再構成し、相対的な代謝活動を示す画像を作成する。PETは、言語、記憶、感情、および様々な精神疾患や神経疾患の神経相関を研究するために用いられてきた。また、適切な標識化合物を使用すれば、特定の神経伝達物質受容体の分布を追跡することもできる。

空間分解能はMRIよりも低く、放射性物質を使用するためスキャン頻度が制限される。多くの研究目的において、機能的MRIは注射が不要で繰り返し検査できるため、PETに取って代わっている。PETは、特定の臨床上の疑問や、MRIでは対象とできない分子標的の研究において、依然として有用である。

特定の状態や作業中にどの脳領域が代謝的に活発であるかという疑問に対して、PETは直接的な答えを提供する。