Ci sono chiare evidenze empiriche di differenze strutturali e funzionali nel cervello dei balbuzienti. La ricerca è complicata dalla possibilità che queste differenze possano essere la conseguenza della balbuzie piuttosto che la causa, anche se recenti ricerche su bambini più grandi confermano l'esistenza di differenze strutturali, rinforzando l'argomento secondo il quale almeno alcune di queste differenze non sono conseguenza della balbuzie.