實際上，有超過90%的PET-CT應用於腫瘤疾病的檢查。
1、對於具有腫瘤家族史或者存在癌症高風險因素的患者，如長期吸菸超過20支每天，或者與致癌物質接觸等，PET-CT是一箇適合進行腫瘤篩查的方法。因為PET-CT注射正電子核素顯像劑後，可以早期發現腫瘤。相較於其他影像學檢查，其他檢查通常只能在腫瘤較大時才能發現，而透過代謝顯像技術，PET-CT能夠早期發現腫瘤，這一點對於腫瘤篩查至關重要。
2、對於已經透過其他方式（例如肺部CT）發現肺結節或者肺部佔位病灶，但是不能確定其是良性還是惡性的情況，PET-CT也是必需的。
3、對於已經確診為惡性腫瘤，需要進行手術治療的患者來說，提前進行分期非常重要。雖然手術是治療惡性腫瘤的較佳方法，但並非所有患者都適合進行手術。因此，在手術前進行PET-CT分期是國際公認的優秀方法，它能夠發現腫瘤在全身範圍內的擴散情況，如在胸部CT中可能無法檢測到的遠離胸部的小淋巴結或者骨轉移等情況，而這些情況則不能透過常規手術進行治療。
4、常規CT無法鑑別手術後的瘢痕和術後腫瘤復發，它們在影象上都呈等密度影像。而PET-CT則可以透過評估腫瘤的惡性代謝程度，鑑別是復發還是瘢痕組織。
5、PET-CT在術後能夠早期發現轉移和復發病灶，而這些小的轉移病灶很難透過常規手段發現。此外，PET-CT還可以用於評估預後等預測，因此在腫瘤從診斷到治療的整個過程中，PET-CT都是非常有用的。