Osobe s disleksijom imaju problema s čitanjem riječi i razumijevanjem jezika. Prepoznavanje riječi i sposobnost povezivanja slova i zvukova ugroženi su u različitim stupnjevima, ovisno o tome koliko je ozbiljno stanje. Učinci disleksije na mozak uglavnom se nalaze u lijevoj hemisferi, gdje različite regije kontroliraju govor, čitanje i obradu jezika. Korištenjem medicinskih slikovnih tehnika, kod osoba s disleksijom mogu se vidjeti razlike u količini materijala u određenim dijelovima mozga. Stručnjaci za mozak se usredotočuju na područja mozga gdje se riječi dekodiraju i obrađuju tijekom čitanja.
Disleksija na mozgu analizira se uspoređivanjem količine bijele i sive tvari s normalnim mozgom. Vanjski sloj mozga sastoji se od sive tvari u kojoj živčane stanice obrađuju sve informacije koje dolaze iz osjetila. Bijela tvar koja se nalazi dublje unutra dizajnirana je za brzu komunikaciju između različitih dijelova mozga. Oni s disleksijom obično imaju manje sive i bijele tvari u lijevom parijetotemporalnom području, gdje se riječi dekodiraju. Jedan od simptoma disleksije je nemogućnost razumijevanja zvuka riječi, što bi moglo proizaći iz strukturnih razlika u ovom dijelu mozga.
Medicinske tehnike poput funkcionalne magnetske rezonancije (fMRI) mogu analizirati mozak djece sa znakovima disleksije. Učinci disleksije na mozak mogu se vidjeti na slikama koje pokazuju nižu razinu aktivnosti na mjestima koja kontroliraju sposobnost čitanja i jezika. Osim strukturnih razlika u odnosu na normalan mozak, koje se mogu vidjeti u kompjuteriziranoj aksijalnoj tomografiji (CAT) i pozitronskoj emisijskoj tomografiji (PET), varijacije u metaboličkim procesima povezane su s disleksijom na mozgu. Također, stražnji lijevi dijelovi mozga su manje aktivni, ali frontalna područja na lijevoj strani kompenziraju s većom aktivnošću nego inače.
Proučavajući učinke disleksije na mozak i uviđajući kako ga aktivnosti poput žongliranja i sviranja glazbenih instrumenata mogu fizički promijeniti, istraživači pronalaze nove mogućnosti liječenja. Sposobnost mozga da kompenzira kada je jedna hemisfera uklonjena također je učinila liječenje disleksije optimističnijim, jer se struktura mozga može promijeniti čak i kod odraslih. Određene vrste terapije mogu stimulirati regije u kojima su prisutni učinci disleksije na mozak. To može pomoći nekome s tim stanjem da nadoknadi svoje probleme s čitanjem i jezikom.