Кровоток и изменение концентрации кислорода в крови близко связаны с нервной деятельностью. Когда нервные клетки активизируются, они начинают интенсивнее поглощать кислород из близлежащих капилляров. В результате ток крови в активной зоне ускоряется.

Если мозг поместить в магнитное поле и воздействовать на него электромагнитным излучением, то протоны в атомах водорода будут поглощать и выделять энергию, изменяя свое положение. Если пошагово сканировать исследуемую область с короткими временными интервалами, то появится возможность фиксировать изменение концентрации водорода в ней с большой точностью. На основе градиента концентрации можно сделать вывод о скорости кровотока и изменении насыщения крови кислородом. Области, в которых кровоток и концентрация кислорода увеличены по сравнению с нормальным состоянием (когда эти же области головного или спинного мозга не участвуют в интенсивной деятельности), считаются активизированными.