Die Magnetresonanztomographie (MRT) weist als Standardverfahren bei neurodegenerativen und neuroonkologischen Fragestellungen eine eingeschränkte Sensitivität und Spezifität auf. Die nuklearmedizinische molekulare Bildgebung mit spezifischen Positronenemissionstomographie(PET)- und single-photon-emission-computed-tomography(SPECT)-Tracern ermöglicht die Darstellung verschiedener molekularer Targets bzw. Stoffwechselprozesse und stellt damit eine wichtige Ergänzung zur MRT dar. Hier sei exemplarisch auf die Darstellung des Aminosäuretransports im Rahmen neuroonkologischer Fragestellungen verwiesen, sowie auf die bereits im präklinischen Stadium der Alzheimer-Demenz nachweisbaren Amyloidablagerungen mit hierfür seit Kurzem zugelassenen PET-Tracern. Dieser Übersichtsbeitrag bespricht die klinische Bedeutung bzw. die Indikationen der folgenden nuklearmedizinischen Untersuchungsverfahren: der Amyloid-PET, der 18F-Fluordesoxyglucose-PET und der Dopamintransporter-SPECT im Rahmen der Demenzdiagnostik und der Differenzialdiagnose des Parkinsonsyndroms, sowie die Aminosäure-PET für die Diagnostik hirneigener Tumoren und die Somatostatinrezeptorbildgebung bei Meningeomen.