脳のある領域の活動が活発化すると、数秒以内に局所的な血流と酸素供給量が増加する。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、これらの血行動態の変化を検出し、神経活動の位置を非侵襲的にマッピングする。

最も一般的な信号は、血中酸素濃度依存性（BOLD）コントラストです。被験者はスキャナー内で課題を行い、1～3秒ごとに画像が取得されます。課題条件と対照条件の統計的比較により、関心のある精神活動と相関する活動領域が明らかになります。この方法は、同一人物を繰り返し研究することを可能にし、脳全体を網羅することで、認知神経科学に革命をもたらしました。

限界としては、脳波（EEG）と比較して時間分解能が比較的低いこと、および実際の神経発火との関連性が間接的であることが挙げられる。偽陽性を避けるためには、慎重な実験設計と解析が必要となる。これらの制約にもかかわらず、fMRIは健常者および臨床患者におけるヒトの脳機能の局在化において、依然として主要なツールである。

1回のスキャンセッションで、構造画像と豊富な機能データセットの両方を取得できる。