Tijekom meditacije u mozgu se događa nekoliko promjena. Znanstvenici su koristili magnetsku rezonancu ili MRI kako bi točno utvrdili kako meditacija utječe na mozak. Karakteristike moždanih valova se mijenjaju, dijelovi korteksa se fizički zgušnjavaju, amigdala je manje aktivna, a hipokampus postaje aktivniji. Uz redovitu praksu medijacije, neke od tih promjena ostaju i nakon napuštanja meditativnog stanja.
Električna aktivnost se radikalno mijenja u mozgu tijekom meditacije. Beta valovi, otprilike 15 do 30 ciklusa u sekundi, znatno se smanjuju tijekom meditacije. Oni su uključeni u logično razmišljanje, dijalog i mnoge ako ne i većinu svakodnevnih životnih aktivnosti. Theta valovi, između 4 i 7 ciklusa u sekundi, povezani su s sanjarenjem, visokom kreativnošću i meditativnim stanjima. Oni se povećavaju tijekom meditacije.
Biciklirajući brzinom od 7 do 13 ciklusa u sekundi, alfa moždani valovi prisutni su tijekom opuštenih stanja i signaliziraju odsutnost stresa ili tjeskobe. Alfa valovi se povećavaju u mozgu tijekom meditacije. Kako ovi valovi doprinose sposobnosti učenja novih informacija, meditiranje tijekom razdoblja od nekoliko tjedana ili mjeseci povećat će praktičarevu sposobnost da apsorbira nove informacije.
Osoba koja meditira je u vrlo usredotočenom, budnom i duboko mirnom stanju. Disanje i rad srca su usporeni, a krvni tlak pada. Fokus praktikanta se okreće prema unutra, a postoje vrlo specifične promjene koje rezultiraju u mozgu tijekom meditacije. Korteks, koji je središte mozga u kojem žive samosvijest, emocije i logika, uglavnom se gasi. Umjesto toga, dijelovi prefrontalnog korteksa i desne prednje insule koji su uključeni u senzornu obradu informacija i bilježenje detalja fizički se debljaju zbog proširenja krvnih žila.
Stres nije samo neugodan; fizički mijenja mozak uzrokujući smanjenje veličine neurona hipokampusa. Hipokampus je onaj dio mozga koji omogućuje pamćenje, doprinosi osjećaju dobrobiti i podržava učenje. Kroz dugotrajnu meditaciju, smanjenje stresa dovodi do same obnove hipokampusa. Ne samo da hipokampus dobiva moždanu tvar, već se amigdala, dio mozga koji upravlja ljutnjom, tugom i tjeskobom, smanjuje tijekom meditacije. To daje stresu i neugodnim emocijama dvostruki udarac.
Meditacija doslovno ima moć ponovnog ožičenja mozga. Ljudi koji se bore s depresijom, imaju probleme s bijesom ili pate od napada anksioznosti mogu, kroz fokusiranu meditativnu praksu, stvoriti nove i zdravije navike mišljenja i osjećaja i zapravo formirati nove putove u mozgu. Zdrav mozak također doprinosi zdravom tijelu. Istraživači su primijetili da ljudi koji sudjeluju u redovitoj meditaciji tijekom duljeg vremenskog razdoblja imaju manje šanse da pate od kroničnih poremećaja. Za one koji to čine, nelagoda se minimizira kroz meditaciju.