La tomografia ad emissione di fotone singolo (Single Photon Emission Computerized Tomography, SPECT) e la tomografia ad emissione di positroni (Positron Emission Tomography, PET) sono tecniche diagnostiche appartenenti alla categoria delle tecniche tomografiche: forniscono, cioé, immagini di sezioni bidimensionali dell’organismo umano mediante algoritmi di ricostruzione matematica, analogamente alla tomografia computerizzata a raggi X (TC). SPECT e PET sono altresì tecniche emissive: con queste metodiche è possibile, cioè, rilevare dall'esterno dell'organismo la distribuzione di una sostanza radioattiva (radiotracciante), somministrata in quantità molto piccole, di norma per via endovenosa. Un radiotracciante è ottenuto legando un isotopo radioattivo ad una molecola che partecipa a un determinato processo biochimico o fisiologico nell’organismo. La misura della distribuzione del radiotracciante nell’organismo, in accordo al processo biochimico o fisiologico al quale il tracciante partecipa, fornisce informazioni sulla funzionalità dell’organo in esame. Dipendentemente dal radiotracciante utilizzato, si possono ottenere immagini rappresentative di funzioni diverse, per esempio della perfusione sanguigna (cerebrale o miocardica) o del livello metabolico di un dato tessuto (valutato come consumo di glucosio).

Pertanto, mentre nella TC si misura la attenuazione di un fascio di raggi X emessi dall’appareccchio radiologico ad opera dei tessuti corporei, nella tomografia ad emissione si rivelano le radiazioni che fuoriescono dal corpo del paziente dopo la somministrazione del radiotracciante; mentre la TC fornisce immagini strutturali evidenziando una regione patologica a causa di una variazione della densità dei tessuti (e quindi della attenuazione dei raggi X), la tomografia ad emissione fornisce immagini funzionali evidenziando una regione patologica come una regione con anomala captazione del radiotracciante a causa di una alterazione della funzione svolta dal tessuto stesso.

Le due tecniche SPECT e PET si differenziano, tuttavia, per il tipo di radiazione emessa dagli isotopi radioattivi utilizzati e, di conseguenza, per le apparecchiature di rivelazione della radiazione.
Le metodiche SPECT e PET hanno applicazioni cliniche nella diagnostica neurologica, cardiologia e oncologica.