多發性硬化的影像學主要依賴磁共振檢查，頭顱磁共振可以顯示出多發性硬化患者的腦白質脫髓鞘病灶，常見於側腦室旁，特別是側腦室的前角和后角周圍，在半卵圓中心和胼胝體有時也可以見到多發性的融合斑。

病灶呈條索狀、手指樣，其長軸和側腦室的長軸垂直，分佈比較規律，在腦幹、小腦或者脊髓也可以見到斑點狀的不規則病灶。如果患者病程反覆發作，持續時間較長，還會發現腦室系統的擴張以及腦白質萎縮，能夠觀測到腦溝增寬、腦回變窄。