La compréhension des anomalies cérébrales présentes chez les patients autistes a considérablement évolué depuis l'apparition de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de l'imagerie fonctionnelle. En effet, des techniques récentes permettent une analyse anatomique fine et surtout un traitement statistique des images obtenues. Ces méthodes permettent une comparaison entre les enfants autistes et des groupes contrôles, ou la recherche de corrélations entre des anomalies cérébrales et des comportements cliniques pertinents. Actuellement, toutes les études convergent pour établir l'existence d'anomalies anatomiques et fonctionnelles dans les régions du « cerveau social » dans l'autisme. Tout d'abord, l'analyse visuelle des images IRM cérébrales d'un groupe d'enfants autistes montre la présence d'anomalies essentiellement localisées au niveau du lobe temporal. De plus, les analyses statistiques montrent une diminution de la substance grise au niveau du sillon temporal supérieur chez des enfants autistes comparés à un groupe de témoins. Les études fonctionnelles en tomographie par émission de positons (TEP) montrent une diminution du débit sanguin cérébral au repos dans ces mêmes régions chez des enfants autistes. Les études d'activation cérébrale montrent, entre autres, l'absence d'activation de la zone spécialisée dans le traitement de la voix humaine au niveau du sillon temporal supérieur par rapport à un groupe normal, mais aussi l'hypoactivation des régions du cerveau social dans les tâches plus complexes de cognition sociale. Enfin, des anomalies de la connectivité anatomique et fonctionnelle entre les régions frontale et temporale ont été mises en évidence dans plusieurs études. Ces régions sont impliquées dans le traitement des stimuli nécessaires à la vie sociale. Les anomalies retrouvées pourraient donc en partie expliquer les profondes anomalies du comportement social chez les enfants autistes.