Funktionell magnetisk resonanstomografi, eller fMRI, mäter hjärnaktivitet genom att detektera förändringar i blodflödet. När en region i hjärnan blir mer aktiv får den en snabb ökning av syresatt blod; fMRI registrerar det hemodynamiska svaret.

Metoden har förändrat kognitiv neurovetenskap. Forskare kan observera vilka områden som är engagerade under perception, minne, språk, beslutsfattande och känslor medan deltagaren ligger i skannern och utför noggrant utformade uppgifter. Den rumsliga upplösningen är i storleksordningen millimeter; den tidsmässiga upplösningen begränsas av det långsammare blodflödessvaret, vanligtvis några sekunder. Att kombinera fMRI med andra tekniker som EEG kan hjälpa till att kompensera för den tidsmässiga begränsningen.

Tolkning kräver försiktighet. BOLD-signalen är ett indirekt mått på neural aktivitet, och en "upplyst" region är inte nödvändigtvis den enda eller primära orsaken till det beteende som studeras. Noggrann experimentell design, lämpliga statistiska tröskelvärden och replikering är fortfarande avgörande. Trots dessa begränsningar har fMRI kartlagt storskaliga nätverk och genererat hypoteser som vägleder både grundforskning och klinisk undersökning.

När frågan är vilka delar av hjärnan som arbetar hårdare under en viss mental handling, ger fMRI det mest använda svaret.