Technika PET należy do szerszej grupy metod tzw. metod medycyny nuklearnej, gdyż stosowanie PET wymaga wprowadzenia do organizmu znakowanej promieniotwórczo substancji, radioaktywnego izotopu. Mogą zostać użyte wszystkie substancje, które w wyniku rozpadu emitują promieniowanie β+ czyli pozytony. Większość występujących w organizmie substancji takich jak tlen, węgiel czy azot, posiada takiego typu izotopy (odpowiednio C-11, O-15 czy N-13). Te radioaktywne izotopy jądrowe, przechodząc przez dany organ, przyczyniają się do emisji cząstek gamma, których dystrybucja czasowa oraz położenie odnotowują specjalne detektory tomografu.
PET pozwala określić nie tylko położenie i stężenie badanej substancji, ale również jej przemieszczanie w czasie, czyli pozwala analizować procesy metaboliczne, w których dana substancja bierze udział. Systemy PET umożliwiają więc pomiary biochemicznej i fizjologicznej aktywności komórek badanego organu. Zmiana poziomu aktywności biochemicznej komórek, obserwowana na obrazie w postaci kolorystycznych przejść między różnymi regionami, może wskazywać na występowanie zmian chorobowych. Dzięki temu możliwe jest wykrycie takich zmian w bardzo wczesnym okresie ich zaawansowania, czyli dużo wcześniej w porównaniu z innymi technikami obrazowania.
Technika PET umożliwia ocenę różnych fenotypów nowotworowych, dzięki czemu czułość i swoistość tej metody jest większa niż klasycznych technik diagnostycznych. Jednym z podstawowych fenotypów charakterystycznych dla wielu schorzeń nowotworowych jest odmienny przebieg procesów metabolicznych dla glukozy. Najczęściej stosowanym radiofarmaceutykiem jest analog glukozy – 18F-deoxyglukoza (18FDG). Jego gromadzenie w obrębie ognisk nowotworowych odzwierciedla procesy glikolizy. Analog ten jest transportowany przez te same mechanizmy transportujące co glukoza, ale nie ulega jednak dalszym przemianom i gromadzi się w komórce. Tak więc rejestrowana radioaktywność jest odzwierciedleniem stopnia metabolizmu dla glukozy.
W komórkach nowotworowych obserwuje się aktywację mechanizmu transportowego dla glukozy typu Glut-1 oraz beztlenowy przebieg przemian metabolicznych tego związku chemicznego. Beztlenowy cykl przemian metabolicznych dla glukozy jest mało wydajny: z jednej cząsteczki glukozy powstają tylko dwie cząsteczki ATP. Stąd też zapotrzebowanie komórek nowotworowych na glukozę jest wielokrotnie większe. (więcej informacji o tym, jakie zmiany metaboliczne dotyczą komórek nowotworowych w artykule: Dlaczego rak lubi cukier?)
Badanie PET pozwala na charakterystykę nowotworu na poziomie molekularnym nie tylko przy zastosowaniu analogu glukozy. Coraz częściej stosowane są również inne radiofarmaceutyki, pozwalające na ocenę syntezy DNA (tymidyna), proliferacji (cholina), stopnia niedotlenienia (mizonidazol), ekspresji receptorów (np. analogi somatostatyny).
Rak płuc – badanie PET odgrywa obecnie istotną rolę we wstępnej ocenie stopnia zaawansowania (staging) raka niedrobnokomórkowego. Pozwala ono na rozpoznanie zmian przerzutowych do węzłów chłonnych i przerzutów odległych.
Czerniak – u chorych na czerniaka PET jest stosowany w ocenie zmian przerzutowych.
Chłoniaki – PET jest szczególnie użyteczną metodą w diagnostyce chłoniaków.
Raki głowy i szyi – najczęstszym rakiem tej okolicy jest rak płaskonabłonkowy. W diagnostyce raka płaskonabłonkowego badanie PET jest stosowane zarówno w celu określenia wstępnego stopnia zaawansowania, jak i monitorowania leczenia.
