Hypnoosi on muuttunut tietoisuustila, joka voi muistuttaa unta, mutta joka on keinotekoisesti aiheutettu. Useimmiten hypnoosi tapahtuu hypnoosihoidon aikana, jolloin hypnotisti käyttää ehdotusta auttaakseen potilasta tutkimaan tukahdutettuja muistoja, ajatuksia ja ideoita. Jotkut harjoittavat myös itsehypnoosia. Huolimatta siitä, että hypnoosin kokenut henkilö näyttää rentoutuneelta ja voi kokea samanlaisen mielenterveyden, aivot ovat hypnoosin aikana yhtä aktiivisia kuin henkilö olisi täysin hereillä.
Tutkijat ovat havainneet, että hypnoosin aikana aivot kykenevät keskittymään syvästi. Satunnaisia tai spontaaneja ajatuksia esiintyy harvemmin hypnoosihoitoa saavalla henkilöllä. Samoin aivot ovat alttiimpia ehdotuksille. Tämä tarkoittaa sitä, että hypnoositilanteessa oleva henkilö seuraa todennäköisemmin hypnoosia suorittavan henkilön käskyjä ja on todennäköisesti toimenpiteen jälkeen vaikuttanut ideoihin ja käyttäytymiseen, joista keskusteltiin hypnoosin aikana.
Teoria siitä, mitä aivoille tapahtuu hypnoosin aikana, koskee viestintää aivojen kognitiivisten järjestelmien välillä. Kognitiiviset järjestelmät ovat sellaisia, joiden avulla ihmiset voivat käsitellä tietoja, luokitella tietoja ja luoda assosiaatioita. Tutkijat, jotka uskovat, että viestintä aivojen kognitiivisten järjestelmien välillä on häiriintynyt, viittaavat useisiin hypnoosin henkisiin vaikutuksiin todisteena. Esimerkiksi monet hypnoosipotilaat raportoivat irtautumisen tunteesta ja spontaanin ajattelun vähenemisestä.
On paljon keskustelua siitä, mitkä fyysiset tai neurologiset vaikutukset tapahtuvat aivoissa hypnoosin aikana. Jotkut asiantuntijat uskovat, että etulohkoilla on merkittävä rooli tämän muuttuneen tietoisuuden tilan luomisessa. Etulohko on aivojen osa, joka on vastuussa tahallisen toiminnan järjestämisestä. Koska hypnoosi edellyttää yksilön osallistumista tahattomiin toimiin, monet asiantuntijat uskovat, että otsalohkojen toiminnot heikentyvät tai muuttuvat jollakin muulla tavalla.
Vaikka ei ole vakuuttavaa näyttöä siitä, että aivoissa tapahtuu hypnoosin aikana neurologisia muutoksia, monet teoreetikot ovat ehdottaneet erilaisia ideoita, joita käytetään kuvaamaan hypnoottista menettelyä. Yksi suosittu teoria on informaatioteoria. Tämän ajatuksen mukaan hypnotisoija pystyy hypnotisoimaan yksilön lisäämällä signaali-kohinasuhdetta. Toisin sanoen hypnotisoija vähentää häiritsevien ajatusten, äänten ja esineiden läsnäoloa saadakseen vihjailevia viestejä helpommin vastaan.
Toinen suosittu teoria aivojen kuvaamiseksi hypnoosin aikana on systeemiteoria. Tämä ajatus perustuu hypnoosipotilaan hermoston toimintaan. Tämän teorian mukaan hypnotisti vähentää tai lisää potilaan hermoston eri osajärjestelmien aktiivisuutta.