A korszerű képalkotó diagnosztika igénybevételével próbálták megvizsgálni, mi történik az agyban, amikor hiszünk. Két kérdésre próbáltak választ találni a kutatók: hol dolgozza fel az agy az "elhitt" és az "el nem hitt" információkat, állításokat, illetve mely részek működnek közre a vallásos hit, illetve a hétköznapi vélekedések feldolgozásában. Fogtak tehát néhány elkötelezett hívőt és néhány elkötelezett nem hívőt, és kérdéseket tettek fel nekik, miközben az agyuk aktivitását figyelték. 

Megállapították, hogy az agy különböző régiói aktívak, amikor elhiszünk valamit, illetve amikor nem, és itt csak az játszik szerepet, hogy az alany igaznak hiszi-e az állítást vagy sem. Tehát egy hívő agya ugyanazt az aktivitást mutatja arra az állításra, hogy "a Biblia istene létezik", mint egy ateista arra, hogy "a Biblia istene mítosz". És mindketten egyformán reagálnak arra az állításra, hogy "a Mikulás nem létezik". 
Eltérést a kutatás a vallással kapcsolatos állítások feldolgozásában talált: ezeknél - függetlenül attól, hogy elhisszük-e őket vagy sem, az agynak azok a régiói is aktivitást mutatnak, amelyek a fájdalom érzékeléséhez és az undorhoz köthetők.
Bár az agy működéséről még nagyon keveset tudunk, és emiatt az adatok értelmezése során óvatosan kell eljárni, a kutatás eredményei arra utalnak, hogy míg a valláshoz nem kapcsolódó állításokat az emlékezetért és a jelentésadásért felelős területeken történik, annak eldöntésében, hogy elhiszünk-e egy valláshoz kapcsolódó állítást, az undor is szerepet játszik.
Még egy apróság: érdekes módon eltérések mutatkoztak abban, ki milyen gyorsan reagál a vallásos, illetve nem vallásos állításokra. Az állító mondatokra általában gyorsabb a reakció, mint a tagadó szerkezetűekre, de a leggyorsabban a nem hívők reagáltak azokra a vallással kapcsolatos állításokra, amelyekkel egyetértettek (pl. "a bibliai isten mítosz"). De ennek értelmezéséhez túl sok más tényezőt is ismernünk kellene. 

Harris S, Kaplan JT, Curiel A, Bookheimer SY, Iacoboni M, & Cohen MS (2009). The neural correlates of religious and nonreligious belief. PloS one, 4 (10) PMID: 19794914
http://bhascience.blogspot.com/2009/10/brain-patterns-of-belief.html