Când o regiune a creierului devine mai activă, fluxul sanguin local și oxigenarea cresc în câteva secunde. Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională detectează aceste modificări hemodinamice și, prin urmare, cartografiază locația activității neuronale în mod neinvaziv.

Cel mai comun semnal este contrastul dependent de nivelul de oxigen din sânge sau BOLD. Participanții efectuează sarcini în interiorul scanerului, în timp ce imaginile sunt achiziționate la fiecare una până la trei secunde. Compararea statistică a condițiilor de sarcină și de control dezvăluie regiuni a căror activitate se corelează cu operațiunea mentală de interes. Metoda a transformat neuroștiința cognitivă permițând studiul repetat al acelorași indivizi și acoperind întregul creier.

Printre limitări se numără o rezoluție temporală relativ lentă în comparație cu EEG și o relație indirectă cu declanșarea neuronală reală. Sunt necesare un design și o analiză experimentală atentă pentru a evita rezultatele fals pozitive. În ciuda acestor constrângeri, RMN-ul funcțional rămâne instrumentul dominant pentru localizarea funcției creierului uman în populații sănătoase și clinice.

O singură sesiune de scanare poate produce atât imagini structurale, cât și seturi bogate de date funcționale.