Rannsóknir á heilanum eru meðal allra erfiðustu verkefnum vísindamanna þegar þeir reyna að öðlast skilning á mannslíkamanum og margvíslegri starfsemi hans.

Öfugt við líffæri á borð við hjarta og lungu er ógerlegt að sjá heilann starfa og þess vegna er örðugt að gera sér grein fyrir hvaða heilastöðvar eru sérhæfðar t.d. varðandi heyrn, sjón, úrlausn vandamála, tilfinningar eða hreyfingar.

Allt þar til fyrir fáeinum áratugum gaf alvarleg heilasköddun langbesta innsýn í starfsemi heilans, þar eð hægt var að gera ráð fyrir að hinar ónýtu heilastöðvar önnuðust þá færni sem sjúklingurinn hafði glatað. Þótt slíkar athuganir hafi skilað miklum árangri, voru þær afar tilviljanakenndar, enda gátu vísindamenn aðeins athugað heilasköddun sem hvort eð var hafði orðið, en höfðu enga möguleika til markvissra rannsókna eða tilrauna.

En á síðustu áratugum hefur tækniframþróunin verið ör og nú er unnt að skoða heilann í smáatriðum í mismunandi gerðum skanna. Tveir skannar, CT- og MR-skannar veita nákvæma innsýn í uppbyggingu heilans, en þrjár aðrar gerðir, PET-, EEG og MEG-skannar, ásamt reyndar afbrigði MR-skannans, fMRI, sýna virkni einstakra heilafrumna. Með því að sameina kosti allra þessara skanna hafa vísindamennirnir nú öðlast alveg nýja möguleika til að greina sjúkdóma í heilanum og öðlast innsýn í hvernig fullfrískur heili starfar.