Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία, ή fMRI, μετρά την εγκεφαλική δραστηριότητα ανιχνεύοντας αλλαγές στη ροή του αίματος. Όταν μια περιοχή του εγκεφάλου γίνεται πιο ενεργή, λαμβάνει μια ταχεία αύξηση στο οξυγονωμένο αίμα. Η fMRI καταγράφει αυτή την αιμοδυναμική απόκριση.

Η μέθοδος έχει μεταμορφώσει τη γνωστική νευροεπιστήμη. Οι ερευνητές μπορούν να παρατηρήσουν ποιες περιοχές εμπλέκονται κατά την αντίληψη, τη μνήμη, τη γλώσσα, τη λήψη αποφάσεων και το συναίσθημα, ενώ ο συμμετέχων βρίσκεται στον σαρωτή εκτελώντας προσεκτικά σχεδιασμένες εργασίες. Η χωρική ανάλυση είναι της τάξης των χιλιοστών. Η χρονική ανάλυση περιορίζεται από την πιο αργή απόκριση της ροής του αίματος, συνήθως λίγα δευτερόλεπτα. Ο συνδυασμός της fMRI με άλλες τεχνικές όπως το EEG μπορεί να βοηθήσει στην αντιστάθμιση του χρονικού περιορισμού.

Η ερμηνεία απαιτεί προσοχή. Το σήμα BOLD είναι ένα έμμεσο μέτρο της νευρωνικής δραστηριότητας και μια περιοχή «φωτισμού» δεν είναι απαραίτητα η μοναδική ή η κύρια αιτία της υπό μελέτη συμπεριφοράς. Ο προσεκτικός πειραματικός σχεδιασμός, τα κατάλληλα στατιστικά κατώφλια και η αντιγραφή παραμένουν απαραίτητα. Παρά τους περιορισμούς αυτούς, η fMRI έχει χαρτογραφήσει δίκτυα μεγάλης κλίμακας και έχει δημιουργήσει υποθέσεις που καθοδηγούν τόσο τη βασική έρευνα όσο και την κλινική έρευνα.

Όταν το ερώτημα είναι ποια μέρη του εγκεφάλου εργάζονται πιο σκληρά κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης νοητικής πράξης, η fMRI παρέχει την πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη απάντηση.