Funktionel magnetisk resonansbilleddannelse, eller fMRI, måler hjerneaktivitet ved at registrere ændringer i blodgennemstrømningen. Når en del af hjernen bliver mere aktiv, modtager den en hurtig stigning i iltet blod; fMRI registrerer denne hæmodynamiske respons.

Metoden har transformeret kognitiv neurovidenskab. Forskere kan observere, hvilke områder der er involveret under perception, hukommelse, sprog, beslutningstagning og følelser, mens deltageren ligger i scanneren og udfører omhyggeligt designede opgaver. Den rumlige opløsning er i størrelsesordenen millimeter; den tidsmæssige opløsning er begrænset af den langsommere blodgennemstrømningsrespons, typisk et par sekunder. Kombination af fMRI med andre teknikker såsom EEG kan hjælpe med at kompensere for den tidsmæssige begrænsning.

Fortolkning kræver forsigtighed. BOLD-signalet er et indirekte mål for neural aktivitet, og et "oplyst" område er ikke nødvendigvis den eneste eller primære årsag til den adfærd, der undersøges. Omhyggeligt eksperimentelt design, passende statistiske tærskler og replikation er fortsat afgørende. På trods af disse begrænsninger har fMRI kortlagt store netværk og genereret hypoteser, der styrer både grundforskning og klinisk undersøgelse.

Når spørgsmålet er, hvilke dele af hjernen der arbejder hårdere under en bestemt mental handling, leverer fMRI det mest anvendte svar.