Para buscar una base neurológica de la dislexia se han llevado a cabo dos tipos de estudios, los estudios con cerebros de pacientes disléxicos fallecidos  y los de neuroimagen.

Los estudios necrópsicos han constatado asimetrías atípicas en el Planun Temporale, (Galaburda, Sherman, Rosen, Aboitiz y Gescwind, 1985; Humphreys, Kaufmann y Galaburda, 1990), así como la existencia de malformaciones corticales específicas en las región frontal izquierda y en la perisilviana, que estarían debidas a perturbaciones en la migración neuronal y a alteraciones vasculares ocurridas durante el periodo embrionario, (Galaburda y cols., 1985; Kaufmann y Galaburda, 1989; Humphreys y cols., 1990).

Aun así, las aportaciones que han otorgado este tipo de estudios, han sido escasas y difíciles de generalizar a la población disléxica general, (Lovett, 1997), ya que, en el caso de las malformaciones microscópicas, estas también se han encontrado en el hemisferio derecho y, en general, las muestras no son significativas, hay una excesiva heterogeneidad entre los sujetos estudiados, se precisan controles más adecuados y la recopilación de numerosos datos conductuales y diagnósticos. A pesar de ello, los resultados que han aportado los estudios post mortem son muy útiles para seguir generando hipótesis etiológicas.

Con los estudios de neuroimagen se  han encontrado diferencias cuantitativas en áreas cerebrales involucradas en las destrezas lectoras y en las funciones cognitivas y conductuales influyentes, (Yitzchak y Pavlakis, 2001).

Por ejemplo, con técnicas de Resonancia Magnética, se ha observado que sólo el 10% de los niños disléxicos muestran la habitual asimetría interhemisférica del Planun Temporale mayor en el hemisferio izquierdo que en el derecho, mientras que esta se encuentra en un 70% de la población general, (Hynd, Semrud-Clikeman, Lorys, Novey y Eliopoulos, 1990; Larsen, Hoien, Lundberg y Odegaard, 1990). Datos que han sido replicados por otros estudios posteriores que hipotetizan sobre la presencia de anomalías estructurales en otras regiones, más relacionadas con la habilidad lectora que el Planun Temporale, como el opérculo parietal, más pequeño en disléxicos que en controles, (Habib y Robinchon, 1996), la aparición de un surco extra en la región frontal inferior, (Clark y Plante, 1998) o anomalías en el cerebelo y en las comisuras cerebrales, especialmente en el cuerpo calloso.

El equipo de investigación de Eraldo Paulesu, de la Universidad de Milán, ha observado que la actividad cerebral de los disléxicos es muy débil en tres áreas del hemisferio izquierdo; en la circunvolución frontal inferior, en el área occipital y en el área parieto-temporal, todas ellas implicadas en los procesos lectores.

La circunvolución temporal superior, ubicada en el área parieto-temporal, es la cuna de las representaciones fonológicas y le permite al sujeto  descomponer mentalmente una palabra en fonemas y sílabas y  vincular esos símbolos abstractos o grafemas con representaciones fonológicas o sonidos.

El área de Broca, ubicada en la circunvolución frontal inferior izquierda, interviene en la articulación de de las palabras tanto en habla externa como interna, por lo que participa en el procesamiento de las palabras en la Memoria a Corto Plazo.

La circunvolución fusiforme, ubicada en el área occipito-temporal izquierda, almacena las representaciones ortográficas, activándose cuando observamos las palabras escritas.

La reducción de la actividad cerebral que se observa en estas zonas de los cerebros de sujetos disléxicos, especialmente en las áreas parieto-temporal y circunvolución frontal inferior izquierdas, ubicadas en torno a la cisura de Silvio izquierda, estaría provocada porque las ectopias causan un subdesarrollo de la sustancia gris, reduciendose el volumen de la misma, lo que ha llevado a postular que las perturbaciones durante la migración neuronal provocarían tanto las ectopias de la capa superficial de la corteza como una inferior densidad de sustancia gris, lo que se traduciría en una menor conectividad de la sustancia blanca, aunque a pesar de estas hipótesis aún no se han confirmado ninguna teoría concreta, y en el caso de ser así habría que plantearse el por qué se produce la perturbación neuronal, por lo que tendríamos que volver a la base genética de la dislexia.