Når en hjerneregion bliver mere aktiv, stiger den lokale blodgennemstrømning og iltningen inden for få sekunder. Funktionel magnetisk resonansbilleddannelse registrerer disse hæmodynamiske ændringer og kortlægger dermed placeringen af ​​neural aktivitet ikke-invasivt.

Det mest almindelige signal er den BOLD-kontrast, der er afhængig af iltniveauet i blodet. Deltagerne udfører opgaver inde i scanneren, mens der optages billeder hvert et til tre sekunder. Statistisk sammenligning af opgave- og kontrolbetingelser afslører områder, hvis aktivitet korrelerer med den pågældende mentale funktion. Metoden har transformeret kognitiv neurovidenskab ved at tillade gentagne studier af de samme individer og ved at dække hele hjernen.

Begrænsninger inkluderer en relativt langsom tidsmæssig opløsning sammenlignet med EEG og en indirekte sammenhæng med faktisk neuronal affyring. Omhyggeligt eksperimentelt design og analyse er påkrævet for at undgå falske positiver. Trods disse begrænsninger er fMRI fortsat det dominerende værktøj til at lokalisere menneskelig hjernefunktion i raske og kliniske populationer.

En enkelt scanningssession kan give både strukturelle billeder og omfattende funktionelle datasæt.