脑功能性磁共振成像（fMRI）可提供人脑部的功能信息，为MRI技术又开启了一个全新的研究领域，它包括扩散成像（DI）、灌注成像（PI）和脑活动功能成像，三种不同功能成像的生理基础不同。
1．扩散成像 当前DI主要用于脑缺血的检查，是由于脑细胞及不同神经束的缺血改变，导致水分子的扩散运动受限，这种扩散受限可以通过扩散加权成像（DWI）显示出来。DWI在对早期脑梗死的检查中有重要临床价值。脑组织在急性或超急性梗死期，首先出现细胞毒性水肿，使局部梗死区组织的自由水减少，表观扩散系数（ADC值）显著下降，因而在DWI上表现为高信号区，但这在常规T1、T2加权成像上的变化不明显。DWI技术可由快速梯度回波序列完成，但在 EPI技术中表现得更为完善。
2．灌注成像 PI通过引人顺磁性对比剂，使成像组织的T1、T2值缩短，同时利用超快速成像方法获得成像的时间分辨力。通过静脉团注顺磁性对比剂后周围组织微循环的T1、T2值的变化率，计算组织血流灌注功能；或者以血液为内源性示踪剂（通过利用动脉血液的自旋反转或饱和方法),显示脑组织局部信号的微小变化，而计算局部组织的血流灌注功能。PI还可用于肝脏病变的早期诊断、肾功能灌注以及心脏的灌注分析等。
3．脑活动功能成像 是利用脑活动区域局部血液中氧合血红蛋白与去氧血红蛋白比例的变化，所引起局部组织T2*的改变，从而在T2*加权像上可以反映出脑组织局部活动功能的成像技术。这一技术又称之为血氧水平依赖性MR成像（BOLD MRI）。它是通过刺激周围神经，激活相应皮层中枢，使中枢区域的血流量增加，进而引起血氧浓度及磁化率的改变而获得的。