La estimulación magnética cerebral induce un campo magnético cerca de la superficie del cráneo que genera un campo eléctrico en el tejido cerebral. El pulso magnético puede propagarse a una profundidad de 2 a 6 cm, es decir, principalmente a las estructuras corticales y subcorticales.
El campo eléctrico es capaz de inducir corriente eléctrica en un área neuronal. Esta corriente cambia el potencial de membrana neuronal, lo que provoca despolarización de la neurona, impulsos neuronales por activación del potencial de acción y esto se traduce en actividad. La activación de neuronas genera cambios en fuerza y eficiencia de las sinapsis y por ende un aumento de la transmisión a largo plazo de las señales nerviosas. Este proceso fortalece la neuroplasticidad.
Dependiendo del tipo de estímulo activaremos alfa motoneuronas o interneuronas; activaremos o inhibiremos redes serotoninérgicas, dopaminérgicas, opiáceas, gabaérgicas o dependientes del glutamato, excitatorias. Provocaremos cambios en la inhibición transcallosa. Activaremos el sistema tálamo-hipotálamo-hipofisiario. Activaremos el sistema límbico y mejoraremos el flujo cerebral y la neurogénesis.
Distintos estudios han encontrado hallazgos cuantificables distales como un aumento en la producción de hormona estimulante de la tiroides; mejora en el flujo sanguíneo de las estructuras límbicas y en la corteza cingulada anterior; cerebelo, ínsula, corteza auditiva primaria y la corteza somatosensorial.
También se ha demostrado el efecto activador de la formación reticular y las estructuras dopaminérgicas del cerebro con la mejora de funciones cognitivas, restauración de la praxis y la gnosis.
Por último tiene un gran efecto en la restauración de la función de deglución tras accidente isquémico.