Dzieje się to poprzez dostarczenie do tych miejsc krwi bogatej w składniki odżywcze, takie jak tlen czy glukozę.
Krew płynąca w mózgu może być charakteryzowana poprzez stężenie zawartych w niej chromoforów: hemoglobiny natlenionej (oxy-Hb) i odtlenionej (deoxy-Hb).
Krew napływająca do aktywnych obszarów mózgu obfituje w hemoglobinę natlenioną. Zwykle, w momentach aktywności neuronalnej, tempo dostarczania oxy-Hb przekracza tempo wykorzystania, co skutkuje tymczasowym wzrostem jej stężenia i – co za tym idzie – spadkiem stężenia deoxy-Hb.
Tak więc, różnice w stężeniu hemoglobiny natlenionej i hemoglobiny odtlenionej pomiędzy stanem spoczynkowym a stanem aktywności neuronalnej determinują, gdzie w korze lokalizuje się wzrost lub spadek przepływu krwi.
Kształt sygnału uzyskanego przez pomiar oxy- i deoxy-Hb może różnić się w zależności od wywołujących bodźców, jak również aktywności neuronalnej.
Właściwości chromoforów w obliczu światła bliskiej podczerwieni Większość tkanek biologicznych, składając się głównie z wody, wykazuje niską zdolność absorpcyjną promieni świetlnych, wobec czego można o nich mówić jako przezroczystych dla światła bliskiej podczerwieni (NIR).