Radiofarmaceutyk wprowadza się do krwiobiegu w bardzo niskich stężeniach (w zakresie od nano- do pikomolowych) i nakierowuje na określone miejsce. W organizmie ulega on związaniu i przechodząc przemiany nuklearne emituje promieniowanie gamma. Ilość wyemitowanego promieniowania jest zależna od poziomu akumulacji radiofarmaceutyku w danym obszarze. Promieniowanie jest mierzone bezpośrednio za pomocą zewnętrznego detektora – kamery gamma. Do uzyskania projekcji z promieniowania emitowanego z ciała pacjenta nakłada się na detektor kolimator. Jego rolą jest blokowanie fotonów padających pod innym kątem niż prosty. Obraz przestrzenny uzyskuje się poprzez umieszczenie głowicy kamery gamma na mechanicznym wysięgniku, który zapewnia ruch kamery wokół badanego obszaru pacjenta. Zbierane są obrazy z kolejnych położeń głowicy, różniących się o kilka stopni, zwykle 3 do 6. W taki sposób wykonuje się pomiary z pełnego obrotu wokół pacjenta. W zależności od badanego miejsca zabieg trwa od kilku do kilkudziesięciu minut. Proces ten można przyspieszyć poprzez zastosowanie wielogłowicowej gamma kamery. Najczęściej stosuje się kamery dwugłowicowe, umieszczone naprzeciw siebie. Dzięki temu, że mogą one dokonywać pomiarów równocześnie, wystarczy, że wysięgnik dokona tylko połowy obrotu, co przyspiesza dwukrotnie cały proces.