Die PET benutzt sogenannte Positronenstrahler. Positronenstrahler sind nicht stabil und zerfallen. Bei diesem Zerfall wandelt sich ein Proton in ein Positron, ein Neutron und ein Neutrino um.
Das Positron kann allerding nicht direkt im Patienten nachgewiesen werden. Es muss also indirekt nachgewiesen werden. Das entstandene Positron wird von einem benachbarten Hüllenelektron eingefangen. Bei der Wechselwirkung entstehen durch Annihilation zwei Photonen, die in entgegengesetzter Richtung auseinanderfliegen. Diese Photonen können außerhalb des Körpers mit einem Detektor nachgewiesen werden.
Die Energie der beiden Quanten beträgt aufgrund des Energie- und Impulserhaltungssatzes jeweils 511 keV.