O imageamento por emissão de pósitrons inicia com a aplicação de um traçador metabolicamente ativo - uma molécula biológica que carrega um isótopo emissor de pósitrons, como , ou . Em alguns minutos, o isótopo se acumula em uma área do corpo em que a molécula tem afinidade. Por exemplo, glucose rotulada com , com meia-vida de 20 minutos, acumula no cérebro, onde a glucose é usada como fonte primária de energia. O isótopo radiativo então decai por emissão de pósitron. O pósitron emitido colide com um elétron livre normalmente antes de atravessar 1 mm do ponto de emissão. A interação das duas partículas resulta na conversão de matéria em energia na forma de 2 raios gamas, com energia total de 2× 512 keV. Estes raios gamas de alta energia emergem do ponto de colisão em direções opostas, e são detectados por detectores em volta do paciente.