L'encefalo è probabilmente l'organo più studiato tramite risonanza magnetica. Solitamente si ricorre a sequenze pesate in T1 e T2, FLIR, "spin echo", "inversion recovery", "fast spin echo" e "gradient recovery". Possono inoltre essere utilizzate tecniche avanzate, quali la diffusione, sia isotropica che anisotropica (trattografia). Possono essere effettuati studi di perfusione, con o senza mezzo di contrasto. Tali studi valutano i repentini cambiamenti dei vasi sanguigni: tra le tecniche utilizzate ritroviamo la "Dynamic Contrast-Enhanced MRI" pesata in T1 che utilizza agenti di contrasto basati su gadolinio, oppure l'A"rterial Spin Labelling MRI""," la quale permette di ottenere immagini di perfusione senza iniezione di mezzo di contrasto con acquisizioni T2/T2*. 