Pencitraan resonansi magnetik fungsional, atau fMRI, mengukur aktivitas otak dengan mendeteksi perubahan aliran darah. Ketika suatu wilayah otak menjadi lebih aktif, wilayah tersebut menerima peningkatan cepat darah beroksigen; fMRI merekam respons hemodinamik tersebut.

Metode ini telah mentransformasi ilmu saraf kognitif. Para peneliti dapat mengamati area mana yang terlibat selama persepsi, memori, bahasa, pengambilan keputusan, dan emosi sementara partisipan berbaring di dalam pemindai dan melakukan tugas-tugas yang dirancang dengan cermat. Resolusi spasialnya berada dalam orde milimeter; resolusi temporalnya dibatasi oleh respons aliran darah yang lebih lambat, biasanya beberapa detik. Menggabungkan fMRI dengan teknik lain seperti EEG dapat membantu mengkompensasi keterbatasan temporal tersebut.

Interpretasi memerlukan kehati-hatian. Sinyal BOLD merupakan ukuran tidak langsung dari aktivitas saraf, dan wilayah yang "menyala" belum tentu merupakan satu-satunya atau penyebab utama dari perilaku yang sedang dipelajari. Desain eksperimen yang cermat, ambang batas statistik yang tepat, dan replikasi tetap penting. Terlepas dari keterbatasan ini, fMRI telah memetakan jaringan skala besar dan menghasilkan hipotesis yang memandu penelitian dasar dan investigasi klinis.

Jika pertanyaannya adalah bagian otak mana yang bekerja lebih keras selama tindakan mental tertentu, fMRI memberikan jawaban yang paling banyak digunakan.