Cuando una región cerebral se vuelve más activa, el flujo sanguíneo local y la oxigenación aumentan en cuestión de segundos. La resonancia magnética funcional detecta estos cambios hemodinámicos y, por lo tanto, permite localizar la actividad neuronal de forma no invasiva.

La señal más común es el contraste dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD). Los participantes realizan tareas dentro del escáner mientras se adquieren imágenes cada uno a tres segundos. La comparación estadística entre las condiciones de tarea y de control revela las regiones cuya actividad se correlaciona con la operación mental de interés. Este método ha transformado la neurociencia cognitiva al permitir el estudio repetido de los mismos individuos y abarcar todo el cerebro.

Entre sus limitaciones se incluyen una resolución temporal relativamente lenta en comparación con el EEG y una relación indirecta con la actividad neuronal real. Se requiere un diseño y análisis experimental cuidadosos para evitar falsos positivos. A pesar de estas limitaciones, la resonancia magnética funcional (RMf) sigue siendo la herramienta principal para localizar la función cerebral humana en poblaciones sanas y clínicas.

Una sola sesión de escaneo puede generar tanto imágenes estructurales como conjuntos de datos funcionales completos.