Dysleksiapotilailla on vaikeuksia lukea sanoja ja ymmärtää kieltä. Sanojen tunnistus ja kyky yhdistää kirjaimia ja ääniä vaarantuvat vaihtelevassa määrin sen mukaan, kuinka vakava tilanne on. Dysleksian vaikutukset aivoihin löytyvät enimmäkseen vasemmasta pallonpuoliskosta, jossa eri alueet ohjaavat puhetta, lukemista ja kielenkäsittelyä. Käyttämällä lääketieteellisiä kuvantamistekniikoita, eroja materiaalimäärissä tietyissä aivojen osissa voidaan havaita dysleksisissä ihmisissä. Aivojen asiantuntijat keskittyvät aivojen alueisiin, joilla sanat dekoodataan ja käsitellään lukemisen aikana.
Aivojen dysleksia analysoidaan vertaamalla valkoisen ja harmaan aineen määrää normaaleihin aivoihin. Aivojen ulompi kerros koostuu harmaasta aineesta, jossa hermosolut käsittelevät kaiken aisteista tulevan tiedon. Syvällä sisällä oleva valkoinen aine on suunniteltu nopeaa kommunikointia aivojen eri osien välillä. Dysleksiapotilailla on yleensä vähemmän harmaata ja valkoista ainetta vasemmalla parietotemproral -alueella, jossa sanat dekoodataan. Yksi dysleksian oireista on se, ettei voi ymmärtää sanojen ääntä, mikä voi johtua aivojen tämän osan rakenteellisista eroista.
Lääketieteelliset tekniikat, kuten toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI), voivat analysoida dysleksian merkkien lasten aivoja. Dysleksian vaikutukset aivoihin voidaan nähdä kuvilla, jotka osoittavat alhaisempaa aktiivisuutta paikoissa, jotka hallitsevat lukemista ja kielitaitoa. Tavanomaisten aivojen rakenteellisten erojen lisäksi, jotka on havaittu tietokonepohjaisessa aksiaalisessa tomografiassa (CAT) ja positroniemissiotomografiassa (PET), metabolisten prosessien vaihtelut liittyvät aivojen lukihäiriöön. Myös aivojen vasemmat takaosat ovat vähemmän aktiivisia, mutta vasemman puolen etuosat kompensoivat normaalia enemmän aktiivisuutta.
Tutkimalla lukihäiriön vaikutuksia aivoihin ja näkemällä, kuinka toiminta, kuten jongleeraus ja soittimien soittaminen, voivat fyysisesti muuttaa sitä, tutkijat löytävät uusia hoitovaihtoehtoja. Aivojen kyky kompensoida, kun yksi pallonpuolisko poistetaan, on myös tehnyt lukihäiriöhoidosta optimistisempaa, koska aivojen rakenne voi muuttua jopa aikuisilla. Tietyt hoitomuodot voivat stimuloida alueita, joilla dysleksian vaikutukset aivoihin ovat läsnä. Nämä voivat auttaa jotakuta, jolla on ehto, kompensoimaan luku- ja kieliongelmiaan.