fMRI didasarkan pada gagasan bahwa darah yang membawa oksigen dari paru-paru berperilaku berbeda dalam medan magnet daripada darah yang telah melepaskan oksigennya ke sel. Dengan kata lain, darah kaya oksigen dan darah miskin oksigen memiliki resonansi magnetik yang berbeda. Para ilmuwan tahu bahwa area otak yang lebih aktif menerima lebih banyak darah beroksigen. fMRI mengambil peningkatan aliran darah ini untuk menunjukkan aktivitas yang lebih besar. Pengukuran aliran darah, volume darah, dan penggunaan oksigen disebut sinyal yang bergantung pada tingkat oksigen darah (BOLD). fMRI mengambil peningkatan aliran darah ini untuk menentukan lebih besar aktivitas. Pengukuran aliran darah, volume darah, dan penggunaan oksigen disebut sinyal blood-oxygen-level-dependent (BOLD).