Cilvēkiem ar disleksiju ir problēmas ar vārdu lasīšanu un valodas izpratni. Vārdu atpazīšana un spēja saistīt burtus un skaņas tiek dažādā mērā apdraudēta atkarībā no stāvokļa smaguma pakāpes. Disleksijas ietekme uz smadzenēm galvenokārt ir atrodama kreisajā puslodē, kur atsevišķi reģioni kontrolē runu, lasīšanu un valodas apstrādi. Izmantojot medicīniskās attēlveidošanas metodes, cilvēkiem ar disleksiju var novērot materiāla daudzuma atšķirības noteiktās smadzeņu daļās. Smadzeņu speciālisti koncentrējas uz smadzeņu zonām, kur lasīšanas laikā tiek atšifrēti un apstrādāti vārdi.
Disleksija smadzenēs tiek analizēta, salīdzinot baltās un pelēkās vielas daudzumu ar normālām smadzenēm. Smadzeņu ārējo slāni veido pelēkā viela, kurā nervu šūnas apstrādā visu informāciju, kas nāk no maņām. Baltā viela, kas atrodas dziļāk iekšpusē, ir paredzēta ātrai saziņai starp dažādām smadzeņu daļām. Tiem, kuriem ir disleksija, parasti ir mazāk gan pelēkās, gan baltās vielas kreisajā parietotemprālajā zonā, kur tiek atšifrēti vārdi. Viens no disleksijas simptomiem ir nespēja saprast vārdu skaņu, kas var rasties no strukturālajām atšķirībām šajā smadzeņu daļā.
Medicīniskās metodes, piemēram, funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana (fMRI), var analizēt bērnu smadzenes ar disleksijas pazīmēm. Disleksijas ietekmi uz smadzenēm var redzēt ar attēliem, kas parāda zemāku aktivitātes līmeni vietās, kas kontrolē lasīšanas un valodas spējas. Papildus strukturālajām atšķirībām no normālām smadzenēm, kas redzamas datorizētās aksiālās tomogrāfijas (CAT) skenēs un pozitronu emisijas tomogrāfijā (PET), vielmaiņas procesu izmaiņas ir saistītas ar smadzeņu disleksiju. Arī smadzeņu aizmugurējās kreisās daļas ir mazāk aktīvas, bet kreisās puses frontālās zonas kompensē ar lielāku aktivitāti nekā parasti.
Pētot disleksijas ietekmi uz smadzenēm un redzot, kā tādas darbības kā žonglēšana un mūzikas instrumentu spēlēšana var to fiziski mainīt, pētnieki atrod jaunas ārstēšanas iespējas. Optimistiskāku disleksijas ārstēšanu padarījusi arī smadzeņu spēja kompensēt vienas puslodes izņemšanu, jo smadzeņu struktūra var mainīties pat pieaugušajiem. Daži terapijas veidi var stimulēt reģionus, kuros ir disleksijas ietekme uz smadzenēm. Tie var palīdzēt kādam ar šo stāvokli kompensēt viņa vai viņas lasīšanas un valodas problēmas.