التصوير العصبي أو تصوير الدماغ هو استخدام تقنيات متعددة بشكل مباشرة أو غير مباشر في التصوير التشخيصي لهياكل، ووظيفة، وعلاجات الجهاز العصبي، وهو مجال جديد نسبيًا في الطب والعلوم العصبية وعلم النفس، ويُعرف الأطباء المتخصصين في تنفيذ وتفسير التصوير العصبي ضمن الإطار السريري بأطباء أشعة الأعصاب.
ينقسم التصوير العصبي إلى فئتين رئيسيتين:
التصوير التركيب البنائي، ويتعامل مع تركيبات الجهاز العصبي، وتشخيص الأمراض والإصابات المخية العيانية داخل الجمجمة (مثل الأوارم).
التصوير الوظيفي، ويُستخدم في التشخيص الدقيق للأمراض والآفات الأيضية (مثل مرض آلزهايمر) وكذلك في أبحاث علم النفس المعرفي والعصبي وبناء واجهات بين الحاسوب والدماغ.
يُتيح التصوير الوظيفي بمشاهدة مباشرة لمعالجة المعلومات في المراكز الموجودة في المخ، ففي أثناء هذه المعالجة يزداد التمثيل الغذائي في المنطقة المسؤلة عنها و«تتوهج» مما يمحكن من تصويرها، ويُعتبر «تحديد الأفكار» أو قراءة العقل أحد أكثر استخدامات التصوير العصبي إثارة للجدل.