Podczas medytacji w mózgu zachodzi kilka zmian. Naukowcy wykorzystali obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), aby dokładnie określić, w jaki sposób medytacja wpływa na mózg. Charakterystyki fal mózgowych ulegają zmianie, części kory fizycznie zagęszczają się, ciało migdałowate jest mniej aktywne, a hipokamp staje się bardziej aktywny. Przy regularnej praktyce mediacyjnej niektóre z tych zmian pozostają nawet po opuszczeniu stanu medytacyjnego.
Aktywność elektryczna mózgu zmienia się radykalnie podczas medytacji. Fale beta, przy około 15 do 30 cyklach na sekundę, znacznie spadają podczas medytacji. Są zaangażowani w logiczne myślenie, dialog i wiele, jeśli nie większość codziennych czynności życiowych. Fale theta o częstotliwości od 4 do 7 cykli na sekundę są związane z marzeniami, wysoką kreatywnością i stanami medytacyjnymi. Zwiększają się podczas medytacji.
Podczas jazdy na rowerze od 7 do 13 cykli na sekundę, fale mózgowe alfa są obecne w stanach zrelaksowanych i sygnalizują brak stresu lub niepokoju. Fale alfa zwiększają się w mózgu podczas medytacji. Ponieważ fale te przyczyniają się do zdolności uczenia się nowych informacji, medytowanie przez okres tygodni lub miesięcy zwiększy zdolność praktykującego do przyswajania nowych informacji.
Osoba medytująca jest w bardzo skupionym, czujnym i głęboko spokojnym stanie. Oddychanie i bicie serca są spowolnione, a ciśnienie krwi spada. Skupienie praktykującego zwraca się do wewnątrz, a podczas medytacji zachodzą w mózgu bardzo specyficzne zmiany. Kora, która jest centrum rozumowania mózgu, w którym żyje samoświadomość, emocje i logika, w dużej mierze zostaje zamknięta. Zamiast tego części kory przedczołowej i prawej przedniej wyspy, które są zaangażowane w przetwarzanie informacji czuciowych i odnotowywanie szczegółów, fizycznie pogrubiają się z powodu poszerzenia naczyń krwionośnych.
Stres jest nie tylko nieprzyjemny; fizycznie zmienia mózg, powodując zmniejszenie wielkości neuronów hipokampu. Hipokamp to ta część mózgu, która umożliwia pamięć, przyczynia się do dobrego samopoczucia i wspomaga uczenie się. Poprzez długotrwałą medytację redukcja stresu powoduje odbudowę hipokampu. Nie tylko hipokamp zyskuje materię mózgową, ale ciało migdałowate, część mózgu odpowiedzialna za gniew, smutek i niepokój, zmniejsza się podczas medytacji. To daje stres i nieprzyjemne emocje podwójnie.
Medytacja dosłownie ma moc przebudowy mózgu. Ludzie, którzy zmagają się z depresją, mają problemy z gniewem lub cierpią na ataki lękowe, mogą, poprzez skoncentrowaną praktykę medytacyjną, tworzyć nowe i zdrowsze nawyki myślenia i odczuwania oraz faktycznie tworzyć nowe ścieżki w mózgu. Zdrowy mózg przyczynia się również do zdrowego ciała. Naukowcy zauważyli, że osoby, które regularnie uczestniczą w medytacji przez długi czas, rzadziej cierpią na choroby przewlekłe. Dla tych, którzy to robią, dyskomfort jest minimalizowany poprzez medytację.