La RM ha rivoluzionato la diagnosi e la gestione della SM. Anomalie caratteristiche sono riscontrate in oltre il 95% dei pazienti (Compston and Coles, 2002). (Figura 6-3)Un aumento della permeabilità vascolare, dovuto al danno della BEE, è dimostrato dall'impregnazione del parenchima con gadolinio (Gd). Tale impregnazione si manifesta nelle fasi precoci dello sviluppo della lesione demielinizzante ed è utilizzata come marker dell'infiammazione. L'intensificazione del contrasto con Gd nelle immagini T1-pesate persiste per circa un mese e la placca di demielinizzazione residua rimane visibile, per un tempo indefinito, come area focale di iperintensità, nelle immagini Spin-Echo (T2-pesate) e in densità protonica.Le lesioni sono orientate perpendicolarmente alla superficie ventricolare e questo corrisponde al quadro patologico di demielinizzazione perivenosa ("dita di Dawson"). Le lesioni di dimensioni superiori a 6 mm localizzate nel corpo calloso, nella sostanza bianca periventricolare, nel tronco cerebrale, nel cervelletto e nel midollo spinale sono state particolarmente utili sotto il profilo diagnostico. Il volume totale delle anomalie di segnale nelle immagini T2-pesate (il "carico lesionale") mostra una significativa ma debole correlazione con la disabilità clinica, così come le misurazioni dell'atrofia cerebrale. Rispetto all'iperintensità in T2, le lesioni ipointense in T1 (i cosiddetti "buchi neri") possono essere un marker migliore di demielinizzazione irreversibile e perdita assonale, nonostante questa caratteristica dipenda dal momento di acquisizione dell'immagine.Aspetti di più recente individuazione alla RM, come il Rapporto di Trasferimento di Magnetizzazione (RTM) e le immagini di Spettroscopia protonica con Risonanza Magnetica (SRM), possono fungere da marker sostitutivi della disabilità clinica. Ad esempio la SMR può qualificare molecole quali l'N-acetil aspartato (NAA), che è un marker di integrità assonale, mentre la RTM può distinguere la demielinizzazione dall'edema.  Una modica pleiocitosi liquorale (più di 5 cellule/μl) è presente in circa il 25% dei casi, spesso in pazienti giovani con SM-RR. Una pleiocitosi con più di 75 cellule/μl, la presenza di leucociti polimorfonucleati o una concentrazione proteica liquorale superiore a 1 g/l (>100 mg/dl) deve indurre a sospettare che il paziente non sia affetto da SM. L'esame istopatologico di queste lesioni può evidenziare l'ispessimento delle pareti dei vasi sanguigni e la deposizione di anticorpi e complemento.