Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), kan akışındaki değişiklikleri tespit ederek beyin aktivitesini ölçer. Beynin bir bölgesi daha aktif hale geldiğinde, oksijenli kan akışında hızlı bir artış olur; fMRI bu hemodinamik yanıtı kaydeder.

Bu yöntem bilişsel sinirbilimi dönüştürdü. Araştırmacılar, katılımcı tarayıcıda yatarken özenle tasarlanmış görevleri yerine getirirken algı, hafıza, dil, karar verme ve duygu sırasında hangi alanların aktif olduğunu gözlemleyebilirler. Mekansal çözünürlük milimetre mertebesindedir; zamansal çözünürlük ise daha yavaş kan akışı tepkisiyle sınırlıdır, genellikle birkaç saniyedir. fMRI'yı EEG gibi diğer tekniklerle birleştirmek, zamansal sınırlamayı telafi etmeye yardımcı olabilir.

Yorumlamada dikkatli olmak gerekir. BOLD sinyali, sinirsel aktivitenin dolaylı bir ölçüsüdür ve "aydınlanmış" bir bölge, incelenen davranışın tek veya birincil nedeni olmak zorunda değildir. Dikkatli deneysel tasarım, uygun istatistiksel eşikler ve tekrarlama çalışmaları hayati önem taşımaktadır. Bu kısıtlamalara rağmen, fMRI büyük ölçekli ağları haritalamış ve hem temel araştırmalara hem de klinik araştırmalara yön veren hipotezler üretmiştir.

Belirli bir zihinsel eylem sırasında beynin hangi bölümlerinin daha fazla çalıştığı sorusuna en yaygın kullanılan yanıt fMRI'dır.