Τα άτομα με δυσλεξία έχουν πρόβλημα με την ανάγνωση λέξεων και την κατανόηση της γλώσσας. Η αναγνώριση λέξεων και η ικανότητα συσχέτισης γραμμάτων και ήχων διακυβεύονται σε διάφορους βαθμούς ανάλογα με το πόσο σοβαρή είναι η κατάσταση. Οι επιπτώσεις της δυσλεξίας στον εγκέφαλο εντοπίζονται κυρίως στο αριστερό ημισφαίριο, όπου διακριτές περιοχές ελέγχουν την ομιλία, την ανάγνωση και την επεξεργασία της γλώσσας. Με τη χρήση τεχνικών ιατρικής απεικόνισης, διαφορές στην ποσότητα του υλικού σε ορισμένα μέρη του εγκεφάλου μπορούν να φανούν σε άτομα που είναι δυσλεξικά. Οι ειδικοί στον εγκέφαλο επικεντρώνονται σε περιοχές του εγκεφάλου όπου οι λέξεις αποκωδικοποιούνται και επεξεργάζονται κατά την ανάγνωση.
Η δυσλεξία στον εγκέφαλο αναλύεται συγκρίνοντας την ποσότητα λευκής και φαιάς ουσίας με τους κανονικούς εγκεφάλους. Το εξωτερικό στρώμα του εγκεφάλου αποτελείται από φαιά ουσία στην οποία τα νευρικά κύτταρα επεξεργάζονται όλες τις πληροφορίες που προέρχονται από τις αισθήσεις. Η λευκή ουσία που βρίσκεται βαθύτερα μέσα έχει σχεδιαστεί για γρήγορη επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του εγκεφάλου. Τα άτομα με δυσλεξία τείνουν να έχουν λιγότερη φαιά και λευκή ουσία στην αριστερή βρεγματοκροταφική περιοχή, όπου οι λέξεις αποκωδικοποιούνται. Ένα από τα συμπτώματα της δυσλεξίας περιλαμβάνει την αδυναμία κατανόησης του ήχου των λέξεων, κάτι που θα μπορούσε να προκύψει από τις δομικές διαφορές σε αυτό το τμήμα του εγκεφάλου.
Ιατρικές τεχνικές όπως η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) μπορούν να αναλύσουν τον εγκέφαλο παιδιών με σημεία δυσλεξίας. Τα αποτελέσματα της δυσλεξίας στον εγκέφαλο μπορούν να φανούν με εικόνες που δείχνουν χαμηλότερα επίπεδα δραστηριότητας σε μέρη που ελέγχουν την ανάγνωση και τη γλωσσική ικανότητα. Εκτός από τις δομικές διαφορές από τον φυσιολογικό εγκέφαλο, που παρατηρούνται στις σαρώσεις με υπολογιστή αξονικής τομογραφίας (CAT) και στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET), οι παραλλαγές στις μεταβολικές διεργασίες σχετίζονται με τη δυσλεξία στον εγκέφαλο. Επίσης, τα πίσω αριστερά μέρη του εγκεφάλου είναι λιγότερο ενεργά, αλλά οι μετωπικές περιοχές στην αριστερή πλευρά αντισταθμίζουν με περισσότερη δραστηριότητα από το κανονικό.
Μελετώντας τις επιπτώσεις της δυσλεξίας στον εγκέφαλο και βλέποντας πώς δραστηριότητες όπως το ταχυδακτυλουργικό και το παίξιμο μουσικών οργάνων μπορούν να τον αλλάξουν σωματικά, οι ερευνητές βρίσκουν νέες θεραπευτικές επιλογές. Η ικανότητα του εγκεφάλου να αντισταθμίζει όταν αφαιρείται ένα ημισφαίριο έχει επίσης κάνει τη θεραπεία της δυσλεξίας πιο αισιόδοξη, επειδή η δομή του εγκεφάλου μπορεί να αλλάξει ακόμη και στους ενήλικες. Ορισμένα είδη θεραπείας μπορούν να διεγείρουν περιοχές όπου υπάρχουν τα αποτελέσματα της δυσλεξίας στον εγκέφαλο. Αυτά μπορούν να βοηθήσουν κάποιον με την πάθηση να αντισταθμίσει τα προβλήματα ανάγνωσης και γλώσσας του/της.