Όταν μια περιοχή του εγκεφάλου γίνεται πιο ενεργή, η τοπική ροή αίματος και η οξυγόνωση αυξάνονται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία ανιχνεύει αυτές τις αιμοδυναμικές αλλαγές και έτσι χαρτογραφεί τη θέση της νευρωνικής δραστηριότητας μη επεμβατικά.

Το πιο συνηθισμένο σήμα είναι η αντίθεση που εξαρτάται από το επίπεδο οξυγόνου στο αίμα ή BOLD. Οι συμμετέχοντες εκτελούν εργασίες μέσα στον σαρωτή, ενώ οι εικόνες λαμβάνονται κάθε ένα έως τρία δευτερόλεπτα. Η στατιστική σύγκριση των συνθηκών εργασίας και ελέγχου αποκαλύπτει περιοχές των οποίων η δραστηριότητα συσχετίζεται με τη νοητική λειτουργία που μας ενδιαφέρει. Η μέθοδος έχει μεταμορφώσει τη γνωστική νευροεπιστήμη επιτρέποντας την επαναλαμβανόμενη μελέτη των ίδιων ατόμων και καλύπτοντας ολόκληρο τον εγκέφαλο.

Οι περιορισμοί περιλαμβάνουν τη σχετικά αργή χρονική ανάλυση σε σύγκριση με το ΗΕΓ και μια έμμεση σχέση με την πραγματική νευρωνική πυροδότηση. Απαιτείται προσεκτικός πειραματικός σχεδιασμός και ανάλυση για την αποφυγή ψευδώς θετικών αποτελεσμάτων. Παρά τους περιορισμούς αυτούς, η fMRI παραμένει το κυρίαρχο εργαλείο για τον εντοπισμό της λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου σε υγιείς και κλινικούς πληθυσμούς.

Μία μόνο συνεδρία σάρωσης μπορεί να αποφέρει τόσο δομικές εικόνες όσο και πλούσια λειτουργικά σύνολα δεδομένων.