La tomographie par émission de positons (TEP) est une des deux méthodes les plus utilisées en imagerie médicale, l'autre étant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf).

La TEP se fonde sur la détection de traceurs radioactifs, plus précisément de composés radiopharmaceutiques émetteurs de positons : le 18-fluorodésoxyglucose (FDG), qui est un sucre modifié marqué au fluor 18 et dont la demi-vie est de  110 minutes, le carbone 11 (20 minutes) ou l'oxygène 15 (123 secondes). Ces radioéléments de courte durée de vie sont incorporés dans des molécules qui sont ensuite injectées dans l'organisme en vue d'explorer les phénomènes physiologiques ou pathologiques dont on veut percer les secrets. Ainsi, l'eau radioactive (marquée à l'oxygène 15) est un traceur utilisé pour mesurer le débit sanguin ; d'autres molécules sont employées pour évaluer la consommation de glucose, la neurotransmission ou encore la synthèse des protéines.

Mais comment s'opère la détection du traceur ? La transformation radioactive s'accompagne de l'émission d'un positon. Celui-ci s'annihile lors de sa rencontre avec un électron après un trajet de l'ordre d'un millimètre. Cette réaction d'annihilation s'accompagne de l'émission de deux photons émis simultanément à 180° l'un de l'autre. Ces photons sont recueillis par la couronne de détecteurs qui tourne autour du patient. Ces données, après traitement informatique, permettent de reconstruire et quantifier la distribution du traceur dans l'organe étudié. On en déduit une image tridimensionnelle de son fonctionnement.