L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique non invasive, ne nécessitant pas d’injection de produit de contraste, qui s’est imposée comme outil d’aide au diagnostic et de suivi d’un grand nombre de pathologies. Depuis sa découverte au milieu des années 1970, l’IRM s’est déclinée en différentes modalités, permettant d’observer et de mesurer des caractéristiques aussi diverses que l’anatomie des organes, l’élasticité des tissus, le fonctionnement métabolique des neurones ou encore la circulation du sang à l’intérieur des vaisseaux capillaires. Parmi ces modalités, l’IRM dite « de diffusion » permet de mesurer la diffusion des molécules d’eau qui décrivent des mouvements spontanés et aléatoires, en raison de l’agitation thermique. Comme ces mouvements sont limités par la présence des tissus, ils nous renseignent sur l’organisation et la structure de ceux-ci, à une échelle beaucoup plus fine que la résolution standard des images. Dans cet article, nous présentons de façon simplifiée les principes de la résonance magnétique nucléaire et de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), puis le lien entre l’IRM de diffusion et la microstructure des tissus et, enfin, quelques ­applications en neuroimagerie.