Lưu lượng máu là khối lượng hoặc thể tích máu được cung cấp đến một cơ quan (não, cơ tim...) hoặc một tổ chức đặc hiệu (khối u) trong một đơn vị thời gian, được tính bằng ml/min. Tưới máu được định nghĩa là lưu lượng máu trong một đơn vị thể tích của mô và được tính bằng ml/min/g.
Chất đánh dấu phóng xạ lý tưởng cho thăm dò tưới máu được phân bố và đào thải tỷ lệ thuận với lưu lượng máu. Quan hệ tuyến tính giữa lưu lượng máu và sự tập trung hoặc thanh thải chất đánh dấu là một hằng số, không phụ thuộc vào những thay đổi sinh bệnh học hoặc chuyển hoá trong tổ chức đó. Nước đánh dấu 15O đáp ứng hầu hết các tiêu chuẩn của một chất đánh dấu để đo lưu lượng máu hoặc tưới máu tổ chức. Nó khuếch tán một cách tự do và được tiết/thoát ra đồng nhất qua vòng lưu chuyển đầu tiên không phụ thuộc vào lưu lượng máu tổ chức và tình trạng chuyển hoá tại đây. Nó là DCPX thường dùng nhất cho đánh giá tưới máu não và cơ tim. Ngoài ra, vài DCPX khác cũng được sử dụng cho tưới máu cơ tim.
13N-amoniac được tiêm vào tĩnh mạch, tồn tại trong máu dưới dạng chủ yếu là NH4+, ion này vượt qua mao mạch và màng tế bào qua cơ chế khuếch tán thụ động. Ion NH4+ phản ứng với glutamin thành glutamate, chất này bị lưu giữ ở tế bào cơ tim. Ion NH4+ có thể thay thế ion K trong hồng cầu do đó nó có thể được vận chuyển một cách tích cực và tập trung vào tế bào cơ tim.
82Rb+ được vận chuyển vào trong cơ tim tương tự như K+ nhưng sự thoát tiết của nó qua vòng quay đầu tiên ít hơn [13N]NH3 và 82Rb đã được FDA Hoa kỳ chính thức phê chuẩn dùng trong thăm dò tưới máu cơ tim. Một phức hợp Cu (II) ái mỡ, trung tính được biết đến là 62Cu-PTSM được dùng cho đánh giá tưới máu cơ tim và tổ chức u. Sau quá trình khuếch tán qua màng tế bào, bị giáng hoá bởi nhóm sulfhydryl và liên kết không đặc hiệu với đại phân tử trong tế bào, 62Cu sẽ bị lưu giữ trong tế bào.
[11C]Acetat cũng được sử dụng để đo lường sự phân bố trong cơ tim. Sau khi khuếch tán vào trong tế bào cơ tim nó được chuyển thành acetyl-CoA trong bào tương và sau đó bị oxy hoá trong ty thể bởi acid tricarboxylic (TCA) tạo ra CO2 và H2O. Sự tập trung ban đầu trong cơ tim của các chất này dùng để đo lường lưu lượng máu, trong khi sự thải trừ có thể phản ánh chuyển hoá ô xy hoá.