A tomografia de emissão de positrões (PET) produz imagens da atividade cerebral através da deteção da distribuição de um marcador radioativo, geralmente uma forma de glicose. As regiões que consomem mais glicose aparecem mais ativas.

O participante recebe uma pequena injeção do traçador e, em seguida, realiza uma tarefa ou descansa enquanto os detetores em redor da cabeça registam os positrões emitidos. Um computador reconstrói os dados em imagens que mostram a atividade metabólica relativa. A PET tem sido utilizada para estudar os correlatos neurais da linguagem, memória, emoção e várias perturbações psiquiátricas e neurológicas. Pode também rastrear a distribuição de recetores de neurotransmissores específicos quando são utilizados compostos marcados apropriados.

A resolução espacial é inferior à da ressonância magnética (RM), e a utilização de material radioativo limita a frequência dos exames. Para muitos fins de investigação, a RM funcional substituiu em grande parte a PET, uma vez que não requer injeção e pode ser repetida com maior frequência. A PET continua a ser valiosa para determinadas questões clínicas e para o estudo de alvos moleculares que a RM não consegue detetar.

Quando a questão é quais as regiões do cérebro que estão metabolicamente ativas durante um determinado estado ou tarefa, a PET fornece uma resposta direta.