Patienten schlucken Harnstoff, der mit einem ungewöhnlichen Isotop, entweder radioaktivem Kohlenstoff-14 oder nicht-radioaktivem Kohlenstoff-13, markiert ist. In den darauffolgenden 10-30 Minuten zeigt der Nachweis von isotopenmarkiertem Kohlendioxid im ausgeatmeten Atem an, dass der Harnstoff aufgespalten wurde; dies deutet darauf hin, dass Urease (das Enzym, das H. pylori verwendet, um Harnstoff zu metabolisieren) im Magen vorhanden ist und somit H. pylori-Bakterien vorhanden sind.
Für die beiden verschiedenen Formen von Harnstoff sind unterschiedliche Messgeräte erforderlich. Kohlenstoff-14 wird normalerweise durch Szintillation gemessen, während Kohlenstoff-13 durch Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie oder durch Massenkorrelationsspektrometrie nachgewiesen werden kann. Für jede dieser Methoden ist vor der Entnahme des isotopenmarkierten Harnstoffs eine Baseline-Atemprobe zum Vergleich mit der Post-Harnstoff-Probe erforderlich, wobei zwischen beiden ein Abstand von 20 bis 30 Minuten liegt. Die Proben können zur Analyse an ein Referenzlabor geschickt werden. Alternativ kann die Massenkorrelationsspektrometrie als bürobasierter Test durchgeführt werden, da die Atemproben kontinuierlich gesammelt werden und die Ergebnisse sofort innerhalb von Minuten zur Verfügung stehen.
Die Differenz zwischen den Messungen vor und nach dem Harnstoff wird zur Bestimmung der Infektion verwendet. Dieser Wert wird mit einem Cut-off-Wert verglichen. Ergebnisse unterhalb des Wertes werden als negativ, solche oberhalb als positiv gewertet. Der Cut-Off-Wert selbst wird durch den Vergleich der Ergebnisse von Patienten mit zwei oder mehr verschiedenen Nachweismethoden bestimmt. Es wird der Wert gewählt, der die beste Kombination aus Sensitivität und Spezifität ergibt. Sowohl der Kohlenstoff-14- als auch der Kohlenstoff-13-Harnstoff-Atemtest haben eine hohe Sensitivität und Spezifität, obwohl der Kohlenstoff-13-Test in bestimmten Bevölkerungsgruppen aufgrund seiner nicht-radioaktiven Natur bevorzugt wird.
Der Test misst eine aktive H. pylori-Infektion. Wenn Antibiotika die Menge an vorhandenem H. pylori verringern oder die Magenbedingungen weniger sauer als normal sind, wird die Menge an vorhandener Urease verringert.
Dementsprechend sollte der Test erst 14 Tage nach dem Absetzen von säurereduzierenden Medikamenten (Protonenpumpeninhibitoren, PPI) oder 28 Tage nach dem Absetzen einer antibiotischen Behandlung durchgeführt werden. Einige Kliniker glauben, dass ein Reservoir von H. pylori im Zahnbelag das Ergebnis beeinflussen kann.