A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás, vagy fMRI, az agyi aktivitást méri a véráramlás változásainak észlelésével. Amikor az agy egy területe aktívabbá válik, az oxigéndús vér mennyisége gyorsan megnő; az fMRI ezt a hemodinamikai választ rögzíti.

A módszer átalakította a kognitív idegtudományt. A kutatók megfigyelhetik, hogy mely területek vesznek részt az érzékelés, az emlékezés, a nyelv, a döntéshozatal és az érzelmek során, miközben a résztvevő a szkennerben fekszik és gondosan megtervezett feladatokat végez. A térbeli felbontás milliméteres nagyságrendű; az időbeli felbontást a lassabb véráramlási válasz korlátozza, jellemzően néhány másodperc. Az fMRI más technikákkal, például az EEG-vel kombinálva segíthet kompenzálni az időbeli korlátozást.

Az értelmezés óvatosságot igényel. A BOLD jel az idegi aktivitás közvetett mérőszáma, és a „megvilágított” régió nem feltétlenül az egyetlen vagy elsődleges oka a vizsgált viselkedésnek. A gondos kísérleti tervezés, a megfelelő statisztikai küszöbértékek és a replikáció továbbra is elengedhetetlen. Ezen korlátok ellenére az fMRI nagyléptékű hálózatokat térképezett fel, és olyan hipotéziseket generált, amelyek mind az alapkutatást, mind a klinikai vizsgálatokat irányítják.

Amikor az a kérdés, hogy az agy mely részei dolgoznak keményebben egy adott mentális cselekvés során, az fMRI adja meg a legszélesebb körben használt választ.