血中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンではMRIの核磁気共鳴の緩和時間が異なることから、これらの増減によって磁場強度が変化し、MR信号の強度が変化することを指す。BOLD信号は脳活動の二次的な信号であり、神経細胞が活動電位を発生し、酸素が活動部位に供給された後に生じるため、神経活動よりも数秒だけ遅れて発生している。このBOLD効果を画像化し、脳活動を推測しているのがfMRIである。