A diferència d’altres tècniques relacionades (com la tomografia axial per computadora o TAC, basada en la utilització de raigs X), que només permeten d’obtenir imatges estructurals de l’organisme, la TEP possibilita la realització d’estudis funcionals, amb l’obtenció d’imatges d’activitat fisiològica. El procediment consisteix a administrar al pacient algun compost amb una activitat fisiològica a l’òrgan que hom desitja estudiar, però marcat mitjançant la unió d’isòtops radioactius de vida curta emissors de positrons que no alterin llur constitució química (com el C11, el N13 o l’O15). Posteriorment, mitjançant una càmera especial situada al voltant del pacient es detecta la radiació electromagnètica resultant de l’anihilació produïda per la col·lisió entre els positrons emesos i els electrons de la matèria circumdant. Amb el processament informàtic de les dades hom obté imatges que reflecteixen la utilització metabòlica de la substància administrada. Per exemple, en l’estudi de l’activitat cerebral hom pot utilitzar glucosa marcada, i les imatges obtingudes seran diferents segons que el pacient estigui parlant, dormint o efectuant diverses accions; així, hom observarà un increment de la captació del marcador radioactiu en el lòbul occipital si està fent servir la visió, en les àrees del llenguatge si està parlant, etc. La TEP està obrint noves línies d’investigació per a l’estudi del funcionament cerebral, i hom també l’ha començat a aplicar per a l’estudi de patologia neurològica, psiquiàtrica i cardíaca. Sovint és emprada en combinació amb altres tècniques, com la PET-TC.
f