脳MRIは様々な頭蓋内病変を検出することができ、最も一般的なのは脳梗塞、脳出血、脳腫瘍などである。
1.脳梗塞：MRIは感度が高く、ラクナ脳梗塞のような微小な病変を検出することができ、また、異なる期間を区別することができ、超急性期ではT₁WIとT₂WIの信号変化は明らかでなく、DWIは高い信号を示すことができ、急性期の梗塞ではiso-T₁または少し長いT₁または長いT₂信号を示し、DWIは高い信号を示すことができる。
2.脳出血：脳出血の時期によって、酸素化ヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、n-鉄ヘモグロビン、第二鉄ヘモフラビンの変化によりMRI信号が異なる。
大まかにいうと、出血後7日以内はT₁WIが等信号、T₂WIが低信号、出血後1～4週はT₁WI、T₂WIともに高信号、出血後1ヶ月以降はT₁WIが低信号、T₂WIは中心部で高信号、周辺部で低信号を示す。
3.脳腫瘍：MRIで占拠性病変が示唆されることがあり、腫瘍の性質によってMRIで示される信号強度や数値も異なる。
頭蓋MRIでは、上記の問題のほかに、脳白質病変や脱髄疾患、頭蓋内感染症、神経変性疾患なども検出されることがあり、専門医による分析が必要である。