Badanie PET, czyli pozytonowa tomografia emisyjna, pozwala uzyskać obrazy aktywności mózgu poprzez wykrywanie rozmieszczenia radioaktywnego znacznika, zazwyczaj w postaci glukozy. Obszary mózgu zużywające więcej glukozy wydają się bardziej aktywne.

Uczestnik otrzymuje niewielką dawkę znacznika, a następnie wykonuje zadanie lub odpoczywa, podczas gdy detektory otaczające głowę rejestrują emitowane pozytony. Komputer rekonstruuje dane w postaci obrazów, które przedstawiają względną aktywność metaboliczną. PET została wykorzystana do badania korelatów neuronalnych języka, pamięci, emocji oraz różnych zaburzeń psychiatrycznych i neurologicznych. Może również śledzić rozmieszczenie specyficznych receptorów neuroprzekaźników, gdy stosowane są odpowiednie związki znakowane.

Rozdzielczość przestrzenna jest niższa niż w przypadku MRI, a zastosowanie materiałów radioaktywnych ogranicza częstotliwość skanowania. W wielu celach badawczych funkcjonalny MRI w dużej mierze zastąpił PET, ponieważ nie wymaga iniekcji i można go powtarzać z większą swobodą. PET pozostaje cenny w przypadku niektórych pytań klinicznych oraz do badania celów molekularnych, których nie można uzyskać za pomocą MRI.

Gdy pojawia się pytanie, które obszary mózgu są aktywne metabolicznie w trakcie określonego stanu lub wykonywania określonego zadania, PET dostarcza bezpośredniej odpowiedzi.