Le PET-Scan est un examen de « médecine nucléaire », qui consiste à injecter, par voie intraveineuse, du glucose marqué par un produit radioactif (fluoro-desoxy-glucose ou FDG), et de détecter ensuite, grâce à une gamma caméra dédiée à cet examen, l'énergie produite par le métabolisme de ce FDG dans les cellules (les cellules cancéreuses ayant un métabolisme bien plus important que les cellules saines).
La machine du PET-Scan se présente comme un « tube » dans lequel va passer la patiente, et qui va coupler, dans une même image, les données obtenues par la mesure du métabolisme des cellules, et les données anatomiques produites par un CT-Scan (ce qui permet de localiser avec précision l'endroit où se trouvent les foyers hypermétaboliques).
Comme l'I.R.M., le PET-Scan est un examen très « sensible », mais peu « spécifique », et une interprétation minutieuse des images est réalisée par le médecin de la médecine nucléaire, avant d'arriver au compte rendu définitif.
Le PET-Scan révèle souvent (outre les foyers cancéreux) des foyers hypermétaboliques qui ne sont pas cancéreux (par exemple une inflammation articulaire, ou un polype intestinal bénin).
Le PET-Scan étudie mal le cerveau, car il s'agit d'un organe ayant, en dehors de toute atteinte cancéreuse, un métabolisme très important.