Neuroimagem ou imagem cerebral é o uso de várias técnicas para imagem, direta ou indiretamente, da estrutura, função/farmacologia do sistema nervoso. Essa é uma disciplina relativamente nova dentro da medicina, neurociência e psicologia. Os médicos que se especializam no desempenho e na interpretação da neuroimagem no cenário clínico são denominados neuroradiologistas. 

A neuroimagiologia ajusta-se em duas grandes categorias: 

• Imagem estrutural, que trata da estrutura do sistema nervoso e do diagnóstico de doença intracraniana bruta (grande escala) como tumor e lesão. 
• Imagem funcional, que é usada para diagnosticar doenças metabólicas e lesões em uma escala mais fina (como a doença de Alzheimer) e também para pesquisas de psicologia neurológica e cognitiva e construção de interfaces cérebro-computador.

A imagem funcional permite, por exemplo, o processamento de informações por centros no cérebro para serem visualizados diretamente. Esse processamento faz com que a área envolvida do cérebro aumente o metabolismo e "acenda" na varredura. Um dos usos mais controversos da neuroimagem tem sido a pesquisa sobre a "identificação do pensamento" ou a leitura mental.