Les techniques d’imagerie cérébrale et les techniques électrophysiologiques sont les deux principales techniques permettant à la recherche fondamentale d’étudier l’activité cérébrale.
L’imagerie par résonance magnétique anatomique permet d'obtenir une image précise du cerveau et l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet de visualiser quelles régions sont actives lors d’une tâche précise en mesurant le signal BOLD (blood oxygen-level dependent) qui reflète le taux d’oxygénation dans le cerveau. Les personnes sont allongées dans un scanner pour cet examen.
Les techniques électrophysiologiques (électroencéphalographie, magnétoencéphalographie) sont des mesures de l’activité cérébrale électrique à l’aide d’électrodes apposées sur le cuir chevelu. L'activité cérébrale est retranscrite sous la forme d’un tracé appelé électroencéphalogramme, sur lequel on peut identifier des modifications du potentiel électrique en réponse à une stimulation externe ou encore des activités rythmiques caractéristiques.