Functionele magnetische resonantiebeeldvorming, of fMRI, meet hersenactiviteit door veranderingen in de bloedstroom te detecteren. Wanneer een hersengebied actiever wordt, krijgt het een snelle toename van zuurstofrijk bloed; fMRI registreert die hemodynamische respons.

Deze methode heeft de cognitieve neurowetenschappen revolutionair veranderd. Onderzoekers kunnen observeren welke hersengebieden actief zijn tijdens waarneming, geheugen, taal, besluitvorming en emotie, terwijl de deelnemer in de scanner ligt en zorgvuldig ontworpen taken uitvoert. De ruimtelijke resolutie is in de orde van millimeters; de temporele resolutie wordt beperkt door de tragere reactie van de bloedstroom, meestal enkele seconden. Het combineren van fMRI met andere technieken zoals EEG kan helpen om deze temporele beperking te compenseren.

Interpretatie vereist voorzichtigheid. Het BOLD-signaal is een indirecte maat voor neurale activiteit, en een "oplichtend" gebied is niet noodzakelijkerwijs de enige of voornaamste oorzaak van het bestudeerde gedrag. Zorgvuldig experimenteel ontwerp, geschikte statistische drempelwaarden en replicatie blijven essentieel. Ondanks deze beperkingen heeft fMRI grootschalige netwerken in kaart gebracht en hypothesen gegenereerd die zowel fundamenteel onderzoek als klinisch onderzoek sturen.

Als de vraag is welke delen van de hersenen harder werken tijdens een bepaalde mentale handeling, dan levert fMRI het meest gebruikte antwoord.