Esenţialul metodei constă în marcarea unor diferite substanţe biologice (de ex. glucoză, aminoacizi, ligandoreceptori, etc.) în timpul descompunerii, cu pozitroni ce emit izotopi (11C, 18F, 13N, 15O), după care materialul marcat (radiofarmocon) este introdus în organismul bolnavului, urmând stabilirea imaginii distribuţiei acestuia. Dezvoltarea tehnicii şi utilizarea clinică a semnalării urmelor izotopice se leagă de numele omului de ştiinţă maghiar György Hevesy, premiat în 1943 cu Premiul Nobel.
Producerea izotopilor are loc în acceleratorul de particule nucleare (ciclotron). Caracteristica izotopilor PET este că prezintă un timp de divizare fizică foarte scurt (2-110 minute), astfel, aplicarea acestora presupune supunerea bolnavului la o sarcină mai mică de radiere.
Cel mai des utilizat radiofarmocon, 18F fluoro-dezoxi-glucoza (pe scurt FDG) se adună în celulele cu glucozo-metabolism ridicat (creier, miocard, tumori maligne, glucocite şi limfocite activate), nu se metabolizează, după care în formă neschimbată, prin rinichi, se elimină în urină (în opoziţie cu glucoza). Este caracteristic ritmului de selecţie că în 90 de minute de la introducere, 40% din activitatea farmaconului injectat se îndepărtează deja prin urină.
Distribuţia în ţesuturi a substanţei introduse în organism se poate detecta cu ajutorul camerei PET prin intermediul observării radierii aferente emisiei pozitronice. Reconstruirea imaginilor are loc cu ajutorului computerului, pe baza datelor obţinute în timpul examenului. Examenul alcătuieşte, în primul rând, felii perpendiculare pe axa lungimii corpului (asemănător CT-ului), chiar pe întregul corp. Ulterior, pe baza acestor secţiuni se pot forma imagini, în direcţia dorită, chiar tridimensionale.