L'imagerie de diffusion, qui mesure les mouvements microscopiques des molécules d'eau, apporte des informations sur la physiopathologie des affections encéphaliques qui ne sont pas disponibles sur les séquences conventionnelles d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Le contraste des images de diffusion dépend des différences de mobilité des molécules d'eau plutôt que des modifications globales de la teneur en eau des tissus. Cette technique est très sensible à la détection de l'ischémie artérielle cérébrale et permet de distinguer l'ischémie cérébrale des pathologies d'origine non vasculaire chez des patients présentant un déficit neurologique focal d'apparition brutale. Son champ d'application dépasse aujourd'hui largement celui de la pathologie vasculaire. Intégrée aux autres séquences d'IRM, elle contribue très efficacement à la distinction entre abcès cérébral et tumeur nécrotique, entre kyste épidermoïde et kyste arachnoïdien. Technique véritablement quantitative, l'imagerie de diffusion est une source d'information supplémentaire pour la caractérisation des lésions tumorales, inflammatoires. Enfin, les données de l'imagerie de diffusion ont également une valeur pronostique.