功能性磁振造影（fMRI）透過檢測血流變化來測量腦部活動。當大腦某個區域活動增強時，該區域的含氧血液會迅速增加；fMRI 正是記錄這種血流動力學反應。

這種方法徹底改變了認知神經科學。研究人員可以在受試者躺在掃描儀中執行精心設計的任務時，觀察他們在感知、記憶、語言、決策和情緒過程中哪些腦區被激活。空間解析度可達毫米級；時間解析度受限於較慢的血流反應，通常為幾秒。將功能性磁振造影（fMRI）與其他技術（例如腦電圖（EEG））結合，可以彌補時間解析度的不足。

解讀結果需謹慎。 BOLD訊號是神經活動的間接測量，而「亮起」的區域並不一定是所研究行為的唯一或主要原因。精心設計的實驗、適當的統計閾值以及重複實驗仍然至關重要。儘管有這些局限性，功能性磁振造影（fMRI）已經繪製出大規模神經網路圖譜，並提出了指導基礎研究和臨床調查的假設。

當被問及在特定心理活動中大腦的哪些部分工作得更努力時，功能性磁振造影（fMRI）提供了應用最廣泛的答案。