基于血氧水平依赖（Blood oxygen-level dependent, BOLD）的fMRI技术是目前为止脑影像领域最常用的一种非损伤性的活体脑功能检测技术，这种技术的主要依据是血氧水平依赖性对比度增强原理。

具体的说，当大脑在执行一些特殊任务或受到某种刺激时，某个脑区的神经元的活动就会增强。增强的脑活动导致局部脑血流量的增加，从而使得更多的氧通过血流传送到增强活动的神经区域，使该区域里的氧供应远远超出了神经元新陈代谢所需的氧量，导致了血流中氧供应和氧消耗之间的失衡，结果造成了功能活动区血管结构中氧合血红蛋白(oxyhemoglobin)的增加，而脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin)的相对减少。

脱氧血红蛋白是一种顺磁性物质，其铁离子有四个不成对电子，磁距较大，有明显的T2缩短效应，因此在某一脑区脱氧血红蛋白的浓度相对减少将会造成该区域T2信号的相对延长，使得该区域中的MR信号强度增强，在脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号，利用EPI快速成像序列就可以把它检测出来。