功能性磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging） 图片说明：功能性磁共振成像资料(黄到橘色)叠在数人平均而得的脑部解剖影像(灰阶)上方，显示出受外界刺激时的脑部活化区域。 功能性磁共振成像
自从1890年代开始，人们就知道血流与血氧的改变（两者合称为血液动力学）与神经元的活化有着密不可分的关系。神经细胞活化时会消耗氧气，而氧气要借由神经细胞附近的微血管以红血球中的血红素运送过来。因此，当脑神经活化时，其附近的血流会增加来补充消耗掉的氧气。从神经活化到引发血液动力学的改变，通常会有1-5秒的延迟，然后在4-5秒达到的高峰，再回到基线（通常伴随着些微的下冲）。这使得不仅神经活化区域的脑血流会改变，局部血液中的去氧与带氧血红素的浓度，以及脑血容积都会随之改变。
血氧浓度相依对比（Blood oxygen-level dependent, BOLD）首先由小川诚二等人于1990年所提出，接着由邝健民等人于1992年发表在人身上的应用。由于神经元本身并没有储存能量所需的葡萄糖与氧气，神经活化所消耗的能量必须快速地补充。经由血液动力反应的过程，血液带来比神经所需更多的氧气，由于带氧血红素与去氧血红素之间磁导率不同，含氧血跟缺氧血量的变化使磁场产生扰动而能被磁振造影侦测出来。借由重复进行某种思考、动作或经历，可以用统计方法判断哪些脑区在这个过程中有信号的变化，因而可以找出是哪些脑区在执行这些思考、动作或经历。
几乎大部分的功能性磁共振成像都是用BOLD的方法来侦测脑中的反应区域，但因为这个方法得到的信号是相对且非定量的，使得人们质疑它的可靠性。因此，还有其他能更直接侦测神经活化的方法（像是氧抽取率（Oxygen Extraction Fraction, OEF）这种估算多少带氧血红素被转变成去氧血红素的方法）被提出来，但由于神经活化所造成的电磁场变化非常微弱，过低的信杂比使得至今仍无法可靠地统计定量。
功能性磁共振成像的应用分为三种情况：[1]
1、扩散成像，人体内的水分子存在布朗运动形式的随机扩散。这种扩散信息与弛豫时间T1、T2是无关的，它能在分子水平上提供功能性的信息。
2、灌注成像，在显微毛细血管层次上的血液动力学成像，传统上是用同位素成像的方法来解决的。在磁共振成像中的平面回波成像方法不仅能同样提供有关的区域脑血流及脑血流量的信息，而且比传统方法具有更高的空间分辨率。
3、任务急活的图像，人体在做某项活动时，大脑皮层特殊的区域中会有相应的反映。用fMRI测定大脑血液的氧合水平就能直接进行脑功能的研究。
应用正电子发射断层扫描技术（PET scans），或称之为PET扫描技术的研究，给被试服用不同种放射活性物质（但是很安全），这些物质在脑内被活动的脑细胞吸收。磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）利用磁场和射频波脑内产生脉冲能量，因为脉冲可调谐到不同频段，使一些原子与磁场偶联。当磁脉冲被关掉的瞬间，这些原子振动（共振）并返回到自己的初始态，特殊的射频接收器检测这些共振及其对于计算机的通道信息，据此而产生不同原子在脑区中的定位图像。