Für eine PET-Untersuchung wird dem Patienten ein Radiopharmakon verabreicht, welches auf das zu untersuchende Zielgewebe abgestimmt ist. Das Besondere an der PET: Man erfährt, wie aktiv der Stoffwechsel in bestimmten Geweben des Körpers ist. Bei der PET arbeitet man mit einem Trick: der radioaktiv markierte Stoff – häufig wird Fluor benutzt – wird an Traubenzucker gekoppelt, der wie ganz normaler Traubenzucker aus dem Blut in die Zellen aufgenommen und zur Energiegewinnung genutzt wird. Damit kann man gerade Zellen oder Gewebe, die viel Energie verbrauchen und eine hohe Stoffwechselrate haben, auf Bildern sichtbar machen. Dies gilt vor allem für Gehirn- und Herzmuskelzellen, für entzündetes Gewebe, aber auch für Tumorgewebe.
Heute wird ein PET-Scanner sehr häufig mit einem Computertomografen in einem Gerät kombiniert. Während die PET Auskunft über die Stoffwechselaktivität des untersuchten Gewebes gibt, erlaubt die gleichzeitig durchgeführte Computertomografie eine genauere anatomische Zuordnung des Befundes als die PET alleine.