Žmonėms, sergantiems disleksija, sunku skaityti žodžius ir suprasti kalbą. Žodžių atpažinimas ir galimybė susieti raides ir garsus yra pažeidžiami įvairiais laipsniais, priklausomai nuo to, kokia sunki būklė. Disleksijos poveikis smegenims dažniausiai pasireiškia kairiajame pusrutulyje, kur atskiri regionai kontroliuoja kalbą, skaitymą ir kalbos apdorojimą. Naudojant medicininius vaizdavimo metodus, žmonėms, turintiems disleksiją, tam tikrose smegenų dalyse skiriasi medžiagos kiekis. Smegenų specialistai daugiausia dėmesio skiria smegenų sritims, kuriose skaitymo metu žodžiai iššifruojami ir apdorojami.
Smegenų disleksija analizuojama lyginant baltosios ir pilkosios medžiagos kiekį su normaliomis smegenimis. Išorinis smegenų sluoksnis sudarytas iš pilkosios medžiagos, kurioje nervinės ląstelės apdoroja visą informaciją, gaunamą iš jutimų. Baltoji medžiaga, esanti giliau viduje, yra skirta greitam ryšiui tarp skirtingų smegenų dalių. Tie, kurie serga disleksija, paprastai turi mažiau pilkosios ir baltosios medžiagos kairiojoje parietotemproralinėje srityje, kur žodžiai iššifruojami. Vienas iš disleksijos simptomų yra nesugebėjimas suprasti žodžių garso, kuris gali atsirasti dėl struktūrinių šios smegenų dalies skirtumų.
Medicinos metodai, tokie kaip funkcinis magnetinio rezonanso tomografija (fMRT), gali analizuoti vaikų, turinčių disleksijos požymių, smegenis. Disleksijos poveikį smegenims galima pastebėti iš vaizdų, kurie rodo mažesnį aktyvumo lygį tose vietose, kurios kontroliuoja skaitymo ir kalbos gebėjimus. Be struktūrinių skirtumų nuo normalių smegenų, matomų atliekant kompiuterinės ašinės tomografijos (CAT) nuskaitymus ir pozitronų emisijos tomografiją (PET), medžiagų apykaitos procesų skirtumai yra susiję su smegenų disleksija. Be to, galinės kairiosios smegenų dalys yra mažiau aktyvios, tačiau kairėje pusėje esančios priekinės sritys kompensuoja didesnį aktyvumą nei įprastai.
Tyrinėdami disleksijos poveikį smegenims ir matydami, kaip tokia veikla kaip žongliravimas ir grojimas muzikos instrumentais gali ją fiziškai pakeisti, mokslininkai randa naujų gydymo būdų. Smegenų gebėjimas kompensuoti pašalinus vieną pusrutulį disleksijos gydymą taip pat padarė optimistiškesniu, nes smegenų struktūra gali keistis net ir suaugusiems. Tam tikros terapijos rūšys gali stimuliuoti sritis, kuriose yra disleksijos poveikis smegenims. Tai gali padėti sergančiam asmeniui kompensuoti skaitymo ir kalbos problemas.