除了功能性核磁共振成像技术，近些年，磁共振技术的另一个分支也得到了极大发展。这一分支与大脑白质和水分子的自由扩散相关。

众所周知，水分子能够在所有方向上进行自由扩散。但是，当水分子所处的环境阻碍水分子扩散时，水分子就会在各个方向上表现出不同的扩散现象，这种现象被称为“各向异性”。在大脑的结构中，大脑的白质纤维束就像城市中的公路一样，是大脑中信息传递的重要通路。大脑的白质主要由轴突组成，而轴突细胞膜会限制水的扩散，这就导致水沿着轴突方向运动的可能性大于垂直于轴突运动的可能性。磁共振扫描仪可以记录白质轴突中水的密度和水分子的运动情况。因此，通过结合磁共振原理和大脑中水分子扩散的现象，可以人为地还原出人脑的白质通路。这种技术被称为弥散磁共振成像技术(Diffusion MRI)。