fMRI אינו מצלם מחשבות ואינו מודד ישירות ירי של נוירונים. הוא מודד שינוי ביחס בין דם מחומצן ללא מחומצן, מתוך הנחה שאזור פעיל צורך יותר חמצן.
שתי מגבלות שחשוב להכיר. הרזולוציה בזמן נמוכה יחסית, כי התגובה הדמית איטית מהפעילות העצבית. וההסקה ההפוכה בעייתית: העובדה שאזור מסוים נדלק במשימה אינה מוכיחה שכל פעם שהוא נדלק מתרחשת אותה חוויה.
התחום גם למד שיעור מתודולוגי קשה לגבי מדגמים קטנים וניתוחים גמישים מדי, ונוקט היום סטנדרטים מחמירים יותר.