Принято считать, что физиологической основой воображения является актуализация нервных связей, их распад, перегруппировка и объединение в новые системы.
Таким способом возникают образы, не совпадающие с прежним опытом, но и не оторванные от него.
Сложность, непредсказуемость воображения, его связь с эмоциями дают основание предполагать, что его физиологические механизмы связаны не только с корой, но и с более глубоко залегающими структурами мозга (в частности, большую роль играет гипоталамо-лимбическая система).