जब मस्तिष्क का कोई क्षेत्र अधिक सक्रिय हो जाता है, तो कुछ ही सेकंड में स्थानीय रक्त प्रवाह और ऑक्सीजन का स्तर बढ़ जाता है। कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (FMRI) इन रक्तगतिकीय परिवर्तनों का पता लगाती है और इस प्रकार गैर-आक्रामक रूप से तंत्रिका गतिविधि के स्थान का मानचित्रण करती है।

सबसे आम संकेत रक्त-ऑक्सीजन-स्तर-निर्भर (BOLD) कंट्रास्ट है। प्रतिभागी स्कैनर के अंदर कार्य करते हैं जबकि हर एक से तीन सेकंड में छवियां ली जाती हैं। कार्य और नियंत्रण स्थितियों की सांख्यिकीय तुलना उन क्षेत्रों को दर्शाती है जिनकी गतिविधि रुचि के मानसिक कार्य से संबंधित होती है। इस पद्धति ने एक ही व्यक्ति के बार-बार अध्ययन की अनुमति देकर और पूरे मस्तिष्क को कवर करके संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान में क्रांति ला दी है।

इसकी सीमाओं में ईईजी की तुलना में अपेक्षाकृत धीमी लौकिक रिज़ॉल्यूशन और वास्तविक न्यूरोनल फायरिंग से अप्रत्यक्ष संबंध शामिल हैं। गलत परिणामों से बचने के लिए सावधानीपूर्वक प्रायोगिक डिज़ाइन और विश्लेषण आवश्यक हैं। इन सीमाओं के बावजूद, स्वस्थ और नैदानिक ​​​​आबादी में मानव मस्तिष्क के कार्यों का पता लगाने के लिए fMRI प्रमुख उपकरण बना हुआ है।

एक ही स्कैनिंग सत्र से संरचनात्मक छवियां और समृद्ध कार्यात्मक डेटासेट दोनों प्राप्त किए जा सकते हैं।