Des molécules dont le comportement biologique est connu sont introduites dans le corps du patient de la façon appropriée au test en cours: injecté, avalé, inhalé etc. Leur comportement est alors étudié par le biais de l’imagerie par émission.
Les images obtenues peuvent êtres statiques mais, contrairement à la majorité des modalités d'imageries par transmission, il est souvent possible d'obtenir des images dynamiques.