양전자 방출 동위원소로 표지된 분자를 혈류에 주입하면, 그 분자는 생물학적 특성에 따라 조직에 축적됩니다. 방출된 양전자가 전자와 소멸될 때 두 개의 감마선이 발생하는데, 머리 주변에 설치된 검출기가 이 감마선을 감지하여 추적자의 분포를 3차원 지도로 재구성합니다. 이것이 바로 양전자 방출 단층촬영(PET)입니다.

PET는 사용하는 추적자에 따라 포도당 대사, 혈류, 도파민 수용체 점유율, 아밀로이드 침착 또는 기타 여러 분자 과정을 측정할 수 있습니다. 따라서 구조 영상으로는 얻을 수 없는 기능적 및 신경화학적 정보를 제공합니다. 공간 해상도는 일반적으로 수 밀리미터이며, 시간 해상도는 추적자의 동역학에 의해 제한됩니다.

PET는 신경퇴행성 질환, 중독, 그리고 향정신성 약물의 작용 기전 연구에 핵심적인 역할을 해왔습니다. 현재는 PET/MRI 복합 스캐너를 통해 분자 및 해부학적 데이터를 동시에 획득할 수 있습니다. 하지만 사이클로트론이나 인근 동위원소 공급 시설의 필요성, 그리고 전리 방사선 사용은 현실적인 제약 조건입니다.

적절하게 선택된 추적자는 살아있는 뇌에서 특정 수용체 ​​집단이나 병리학적 단백질을 시각화할 수 있게 해줍니다.