Med meditacijo se v možganih zgodi več sprememb. Znanstveniki so uporabili slikanje z magnetno resonanco ali MRI, da bi natančno ugotovili, kako meditacija vpliva na možgane. Značilnosti možganskih valov se spremenijo, deli skorje se fizično zgostijo, amigdala je manj aktivna in hipokampus postane bolj aktiven. Pri redni mediacijski praksi nekatere od teh sprememb ostanejo tudi po prenehanju meditativnega stanja.
Med meditacijo se električna aktivnost v možganih korenito spremeni. Beta valovi, pri približno 15 do 30 ciklih na sekundo, se med meditacijo znatno zmanjšajo. Vključeni so z logičnim razmišljanjem, dialogom in številnimi, če ne večino vsakodnevnimi življenjskimi dejavnostmi. Theta valovi s hitrostjo med 4 in 7 cikli na sekundo so povezani s sanjarjenjem, visoko ustvarjalnostjo in meditativnimi stanji. Med meditacijo se povečajo.
Pri kolesarjenju s 7 do 13 cikli na sekundo so možganski valovi alfa prisotni med sproščenimi stanji in signalizirajo odsotnost stresa ali tesnobe. Alfa valovi se med meditacijo povečajo v možganih. Ker ti valovi prispevajo k sposobnosti učenja novih informacij, bo meditacija v obdobju tednov ali mesecev povečala praktikovo sposobnost, da absorbira nove informacije.
Oseba, ki meditira, je v zelo osredotočenem, budnem in globoko mirnem stanju. Dihanje in srčni utrip sta upočasnjena, krvni tlak pade. Vadečev fokus se obrne navznoter in med meditacijo pride do zelo specifičnih sprememb, ki povzročijo možgane. Skorja, ki je središče za sklepanje možganov, kjer živijo samozavest, čustva in logika, se v veliki meri izklopi. Namesto tega se deli prefrontalne skorje in desne sprednje insule, ki sodelujejo pri senzorični obdelavi informacij in opazovanju podrobnosti, fizično zgostijo zaradi razširitve krvnih žil.
Stres ni le neprijeten; fizično spremeni možgane tako, da povzroči zmanjšanje velikosti nevronov hipokampusa. Hipokampus je tisti del možganov, ki omogoča spomin, prispeva k občutku dobrega počutja in podpira učenje. Z dolgotrajno meditacijo zmanjšanje stresa povzroči, da se hipokampus sam obnovi. Ne samo, da hipokampus pridobi možgansko snov, ampak se med meditacijo zmanjša amigdala, del možganov, ki obvladuje jezo, žalost in tesnobo. To daje stresu in neprijetnim čustvom dvojni udarec.
Meditacija ima dobesedno moč, da preoblikuje možgane. Ljudje, ki se borijo z depresijo, imajo težave z jezo ali trpijo zaradi napadov anksioznosti, lahko s pomočjo osredotočene meditativne prakse ustvarijo nove in bolj zdrave navade mišljenja in občutkov ter dejansko oblikujejo nove poti v možganih. Zdravi možgani prispevajo tudi k zdravemu telesu. Raziskovalci so ugotovili, da ljudje, ki dalj časa redno meditirajo, manj verjetno trpijo za kroničnimi motnjami. Za tiste, ki to storijo, se nelagodje zmanjša z meditacijo.