Hos en betydande del av dem som lider av en mental störning har det konstaterats förändringar i hjärnans struktur och funktion. En del av förändringarna har funnits redan före insjuknandet, möjligtvis redan i fosterstadiet. I synnerhet schizofrenipatienter har varit föremål för forskning om hjärnans struktur och funktion.
I forskning kring hjärnans struktur har man undersökt sambandet mellan förändringar i olika områden av hjärnan och incidensen. Med hjälp av datortomografi (CT) och magnetröntgen (MRI) har man kunnat jämföra hjärnstrukturen hos friska med strukturen hos dem som insjuknat. Forskningen visar att förändringar i hjärnans symmetri och olika funktionsområdens storlek ser ut att ha ett samband med att sjukdomen bryter ut. Strukturförändringarna kan vara genetiska eller följder av utvecklingsstörningar under graviditeten eller den tidiga barndomen.
Forskning i hjärnans funktion har fokuserats på hjärnans biologiska och kemiska mekanismer. Orsaker till funktionsstörningar har t.ex. sökts i olika hjärnområdens metaboliska aktivitet och i förmedlarämnenas funktion. Olika metoder för att avbilda hjärnans funktion är t.ex. positronemissionstomografi (PET), singelfotonemissionstomografi (SPECT), funktionell magnetröntgen (fMRI), magnetisk resonansspektroskopi (MRS) eller magnetencefalografi (MEG).
De ovannämnda metoderna används på beskrivet sätt i första hand i vetenskaplig forskning.