FDG se normalno nakuplja u stanicama kore mozga i odličan je pokazatelj moždanog metabolizma. Od više indikacija za PET u neurologiji spominjemo samo neke najvažnije.

Kod demencija pojedini dijelovi mozga odumiru. Za Alzheimerovu demenciju je karakteristično propadanje temporalnih predjela mozga, dok je za neke druge karakterističan ispad u frontalnim dijelovima (Pickova demencija). Pomoću PET-a je moguće pouzdano utvrditi o kojoj vrsti demencije se radi i razlučiti ih od depresija, što ima važan učinak na terapiju.

Parkinsonova bolest je uzrokovana propadanjem živčanih vlakana koja proizvode dopamin. S obilježenom aminokiselinom F-DOPA lako se utvrdi smanjena razina dopamina, nakon čega se započinje nadomjesna terapija.

S PET-om se mogu prepoznati žarišta epilepsije, koja se, zahvaljujući napretku kirurških tehnika, mogu operativno odstraniti. Ti bolesnici tada više ne trebaju uzimati lijekove. 

Ispitivanje funkcije mozga u istraživačke svrhe 

Nakon određenih podražaja (svjetlosnih, zvučnih) moguće je zahvaljujući PET-u pratiti koji dio mozga se aktivira, što može biti od značajne koristi u različitim istraživanjima.