La différence fondamentale entre les cellules cancéreuses et les cellules normales réside dans leur prolifération incontrôlée et rapide. Cette activité métabolique élevée les amène à consommer plus d'énergie et de matériaux de construction que les cellules normales. L'imagerie TEP/TDM fonctionne en introduisant dans le corps des substances comme le sucre, les protéines et certaines molécules spécifiques, que les cellules cancéreuses utilisent intensivement, après qu'elles aient été marquées radioactivement. La rétention intense de ces substances marquées par les tissus cancéreux est détectée par l'appareil, permettant ainsi de localiser les régions cancéreuses.