Depuis son introduction dans la pratique clinique dans les années 1990, la tomographie par émission de positons (TEP) au fluorodésoxyglucose (¹⁸F-FDG) est désormais un examen incontournable pour la prise en charge d'un grand nombre d'affections néoplasiques. En pneumologie, en raison de ses performances supérieures à la tomodensitométrie (TDM) seule et son impact majeur sur la prise en charge thérapeutique, son emploi est devenu un standard pour le diagnostic de malignité d'une lésion pulmonaire et pour le bilan d'extension des cancers bronchopulmonaires lors de leur prise en charge initiale ou de leurs récidives. La dimension métabolique de la technique lui permet de fournir des informations pronostiques complémentaires. Les appareillages hybrides, forme aboutie de la technique désormais disponible partout en France, associant TEP et TDM, permettent d'envisager un bilan complet, métabolique et anatomique, de la maladie en une seule procédure d'imagerie médicale. Au-delà de ces indications désormais admises, ces nouveaux équipements dynamisent d'autres applications telles que l'optimisation des champs de radiothérapie ou l'évaluation de l'efficacité thérapeutique. D'un point de vue métabolique, afin de dépasser les limites du ¹⁸F-FDG, de nouveaux traceurs sont appelés à étendre la palette du médecin nucléaire pour améliorer encore les performances de la TEP et ainsi optimiser la prise en charge diagnostique et thérapeutique des patients. Après un rappel concernant les bases physiques et métaboliques de la technique, cet article présente les performances et la place de la TEP aux différents temps de la prise en charge du patient en oncologie thoracique du cancer bronchopulmonaire non à petites cellules, du cancer pulmonaire à petites cellules, des affections pleurales et des tumeurs du médiastin.