最早的正电子探测设备，同G。L。Brownell和W。H。Sweet在1953年制成，用于探测脑瘤中正电子核素分布。到子60年代，伽玛照像机的发明者，H。O。Anger和J。S。Robertson先后分别介绍了用两个对向的探头，和多组环绕排列的探测器，通过符合原理探测正电子湮灭产生的伽玛光子对，可以说是现代两大类正电子成像设备的始祖。但是受限于当时的计算机技术水平，和图像重建方法的不足，这些先驱们工作并未在临床上产生直正的影响。1972~1974年间，美国华盛顿大学的M。M。Ter-Pogossian、M。E。Phelps和E。J。Hoffman借助当时的CT技术原理，设计并改进了多层环状探测器符合探测方式，并通过滤波反投射技术解决了图像重建的问题。在这一期间，第一台用于临床人体正电子成像的设备—PETTIII， 在华盛顿大学启用。
由于PETIII的成功，促进了更精密、更实用设备的发展。1976年，部分研究人员组成功之路第一家PET生产厂家ORTEC公司，从此，专用PET开始正式进入全球医疗器械市场。但是，由于PET设备的价格昂贵，90年代前，PET主要安装于一些大学或研究机构，用于非经营性的科学研究目的。进入90年代后，随着分子生物学和分子医学的进步，正电子类示踪剂的独特生物优势逐渐显露，PET开始走出研究室、实验室，成为临床医学影像技术之一。PET的临床应用范围和数量不断扩大。以美国Duke大学为例，1993年全年PET检查病例不到500人，1999年跃增至超过2400人，充分说明了PET临床普及的趋势.同时,在肿瘤学、神经心理、心血管病学等到方面的不俗业绩，促使美国政府和诸大保险公司在90年代未改变观念，将多种PET检查列入医疗保险范围，在相当程度上为PET在发达国家的迅速发展铺平道路。
PET全球市场的迅速扩大，反过来推动了PET设备的发展。当前正电子技术的主要发展方向有三方面。一是提高专用PET性能，重点表现在电子学、计算机的发展，和新的、更有效的探测材料研制方面；二是开发和完善兼容ECT，提高计数效率和显示精度，降低PET成本；三是将PET的高生物特异性与CT等高精度结构成像结合起来，形成新的影像诊断模式。此外，一些生产厂家在降低成本、特殊用途机型方面，推出了例如C-PET和动物实验专用的MicroPET等机型。在硬件发展的同时，正电子发射体层显像的技术方法、采集与重建方式、计算公式等等软科学方面也在不断进步。PET问世初期，靠环状单探测器采集数据，为提高分辩力，机架必须进行不同方向的移动，后来的机型多采用探测器组件设计，探测效果改进了许多，取消了机架的涡动，当时为克服环—环间散射设计了环间钨隔片限制轴向符合，称为二维（2D）采集。90年代后，依靠材料与电子技术的进步，现代PET可以进行去除钨隔，实现所有探头、所有环间的自由符合，即三维（3D）方式。一些研究者还在探讨用其他技术，如光了飞行时间（TOF）等进一步改进分辩力方式。早期PET采用简单的反投射重建图像，质量不理想。70年代后，开始引入滤波反投射方式。早期PET开始大量采用各种校正技术，校正由于随机、散射、迭加等因素对图像的影响干扰。特别是衰减校正，从最初的数学模拟、外置放射源透射法测定，发展到结合前二者优势的分区方法，在改善图像质量方面的效果十分显著。
正电子发射体层显像示踪剂的进步与正电子发射体层显像设备的发展同步。30年代起，科学家们利用反应堆和加速器不断生产出多种人工放射性核素。同位素发生器技术，至今仍在核医学领域，包括正电子发射体层显像领域广泛应用。70年代后，发展出可以生产主要正电子发射核素，可以安装在普通医院的小型回旋加速器，是现代PET技术得以发展的重要条件之一。
医用正电子发射核素大都超短半衰期核素。为保证临床不同种类示踪剂的标记、制备质量及其临床实用性，手工操作完成诸多合成、标记步骤是不现实的，必须依靠电子控制的快速自动化装置。目前世界上主要加速器生产厂家都开发了不同种类和工作方式的自动化学合成装置。开发新的自动合成装置是今后正电子发射体层显像技术发展的关键环节之一。
