La PET in Neurologia contribuisce a definire una migliore diagnosi e prognosi.
Con questo tipo d’esame, infatti, si possono misurare in vivo parametri funzionali cerebrali (es. il flusso e il metabolismo dell'ossigeno e del glucosio e alcuni sistemi di neurotrasmissione), ottenendo dati fondamentali sulle alterazioni della funzionalità cerebrale in alcune malattie neurologiche, quali Alzheimer, morbo di Parkinson e parkinsonismi, patologia cerebrovascolare.

Durante il follow up l’identificazione precoce di alterazioni funzionali tramite PET potrebbe contribuire a: 

• ottenere una miglior definizione nosografica con l'identificazione di aspetti specifici legati a gruppi a evoluzione differente;
• identificare aspetti funzionali caratteristici per le diverse patologie in esame; 
• valutare la risposta terapeutica (riabilitativa e/o farmacologica).

La PET consente di differenziare tra loro diverse forme di demenza, sindromi extrapiramidali e 
invecchiamento fisiologico da una malattia precoce o all'esordio.

Nell'ambito dell'invecchiamento cerebrale patologico, in presenza di deficit cognitivi e/o neurologici e nel sospetto di patologie degenerative del sistema nervoso centrale (morbo di Parkinson, sindromi extrapiramidali, malattie di Alzheimer o di altre forme di demenza o pseudo-demenza, quali demenza multiinfartuale e depressione), la PET può fornire le possibili correlazioni tra i deficit neurologici e neuropsicologici all'esordio e le alterazioni di parametri funzionali, quali il flusso ematico e il metabolismo di glucosio.

Nelle demenze (malattia di Alzheimer, demenza multi-infartuale, demenza fronto/temporale) si sono evidenziati deficit del metabolismo corticale con delle configurazioni specifiche per ogni patologia e correlabili al tipo e alla gravità del decadimento cognitivo.

Il putamen e il caudato sono strutture del sistema nervoso centrale che partecipano alla regolazione del movimento e possono essere coinvolte in alcune malattia, tra cui il morbo di Parkinson. In questa patologia un’alterazione del metabolismo glucidico a livello dei gangli della base, con particolare coinvolgimento del putamen, si accompagna a un alterato metabolismo della dopamina; un alterato metabolismo esteso anche al caudato, invece, sembra caratterizzare patologie degenerative più gravi quali la atrofia multisistemica.