I klinisk sammenheng brukes DTI for å påvise lokalisasjon i hjernens hvite substans, for å lokalisere svulster i relasjon til fiberbanene i hvit substans (infiltrasjon, defleksjon)), for å lokalisere fiberbanene i den hvite substansen i forbindelse med planlegging av nevrokirurgiske inngrep og for å vurdere modningsprosessen av den hvite substansen hos barn.