正电子发射断层扫描（PET扫描）通过检测放射性示踪剂（通常是葡萄糖）的分布来生成大脑活动图像。消耗葡萄糖较多的区域看起来更活跃。

受试者接受少量示踪剂注射后，即可执行任务或休息，同时头部周围的探测器会记录发射的正电子。计算机将这些数据重建为图像，从而显示相对代谢活动。PET已被用于研究语言、记忆、情绪以及各种精神和神经疾病的神经关联。当使用合适的标记化合物时，它还可以追踪特定神经递质受体的分布。

空间分辨率低于磁共振成像（MRI），且由于需要使用放射性物质，扫描频率受到限制。在许多研究领域，功能性磁共振成像（fMRI）已基本取代了正电子发射断层扫描（PET），因为它无需注射放射性物质，且可以更频繁地重复扫描。但对于某些临床问题以及磁共振成像（MRI）无法处理的分子靶点的研究，正电子发射断层扫描（PET）仍然具有重要价值。

当需要确定在特定状态或任务期间哪些大脑区域代谢活跃时，PET 可以提供直接的答案。