До недавнього часу мозок хворих маніакально-депресивним психозом можливе було вивчати тільки посмертно. Інформативність таких досліджень обмежена, хоча таким способом було виявлено значні аномалії лобно-скроневих відділів справа при маніакальних станах. За допомогою сучасних методів прижиттєвої візуалізації можна оцінити як морфологічні (структурні) зміни в мозку - з цією метою застосовуються комп'ютерна томографія, МРТ, так і функціональний стан мозку - фотонна або позитронно-емісійна томографія, функціональна МРТ або МРС, ЕЕГ-картування.
Морфологічні аномалії при біполярному афективному розладі виявляються як за допомогою КТ, так і при МРТ. Однак виявлені порушення не завжди піддаються узагальненню і не обов'язково є специфічними для БАР. Також додаткового вивчення потребує питання, чи є аномалії причиною расстройтва або наслідком багаторічної психофармакотерапії.
Нейробіологічні дослідження з використанням ЕЕГ-картування показують, що у пацієнтів з БАР виявляються анатомічні відхилення в префронтальної корі, серединної скронево-лобної ділянки і мозочку. Існує ряд функціональних особливостей ЕЕГ, корелюють з клінічними проявами маніакальних станів. Крім того, в дослідженнях з використанням ПЕТ встановлено посилення регіональної активності лівої дорсальній цінгулярной і лівої хвостатої звивини мозку в період гострої манії.
В останні роки проводяться дослідження з використанням МРТ. Вивчаються скроневі частки мозку, лімбічна система, базальні ганглії, шлуночки. Були показані функціональні порушення в медіальних відділах префронтальної кори.
У дослідженнях застосовувалися також методи функціональної візуалізації: оцінка регіонарного кровотоку, метаболізму глюкози, щільності рецепторів і зайнятості рецепторів медіаторами. При оцінці регіонарного кровотоку з'ясувалося, що у хворих БАР виявляються аномалії в лобових і скроневих ділянках кори. Аномалії регіонального кровотоку також були виявлені в хвостатому ядрі.
На підставі наявних даних не марнотрат бути сформульована повноцінна Нейробіологічні теорія патогенезу захворювання. У розвитку БАР, найімовірніше, має місце множинний генез, в якому незначні самі по собі причини в сукупності з факторами впливу зовнішнього середовища визначають предиспозицию до цього захворювання.