Le immagini a risonanza magnetica in diffusione mostrano il grado di diffusione delle molecole d'acqua nei tessuti biologici. Clinicamente, queste sequenze risultano utili per la diagnosi di condizioni (ad esempio "ictus") o di disturbi neurologici (ad esempio, sclerosi multipla) e aiuta a comprendere meglio la connettività degli assoni della materia bianca nel sistema nervoso centrale. In un mezzo isotropico (all'interno di un bicchiere d'acqua, ad esempio), le molecole d'acqua si muovono in modo casuale a seconda della turbolenza e del moto browniano. Tuttavia, nei tessuti biologici, dove il numero di Reynolds è sufficientemente basso per il flusso laminare, la diffusione può essere anisotropa. Ad esempio, una molecola all'interno dell'assone di un neurone ha una bassa probabilità di attraversare la membrana mielinica e pertanto la molecola si muove principalmente lungo l'asse della fibra neurale. Se è noto che le molecole di un particolare voxel si diffondono principalmente in una direzione, si può assumere che la maggior parte delle fibre in quest'area siano parallele a quella direzione.