Neuroimaging hat Unterschiede sowohl in der Struktur als auch in der Funktion des Gehirns von Menschen mit Synästhesie gezeigt, insbesondere in Bereichen, die für die sensorische Verarbeitung verantwortlich sind. Zwischen Regionen, die mit den beteiligten Sinnen verbunden sind, besteht häufig eine erhöhte Konnektivität.