Воображение является функцией коры больших полушарий, результат деятельности мозга. При запоминании материала в коре головного мозга образуются системы временных нервных связей. В процессе воображения под влиянием новой необходимости эти системы разрушаются и реконструируются в новые сочетания.
Такая рекомбинация становится возможной вследствие возникновения в коре головного мозга ячейки сильного возбуждения, которое приводит определенная потребность или непосредственное впечатление от чего-то.
Воображение связано также с эмоциями, о чем свидетельствует участие в ее функционировании не только коры, но и глубинных отделов мозга, прежде гипоталамо-лимбической системы. Согласно исследованиям американских психологов Кар-ла-Гарри Прибрама (род. 1919), Д. Миллера и др.. ее нарушение приводит к расстройству программ поведения человека, а важнейшая роль воображения как раз и заключается в выработке таких программ. На это указывает и связь воображения с различными органическими процессами у человека. Примером могут служить библиогенни заболевания у некоторых людей. Прочитав в литературе описание какой-то болезни, такие люди представляют, что они уже больны, и у них появляются симптомы заболевания, о котором шла речь в книге.
По данным А. Лурия, особенно ярко связь воображения с органическими процессами проявлялся в ленинградского журналиста С. Шерешевского. Ученые института психологии СССР могли видеть, как он повышал температуру правой руки на два и снижал левой на полтора градуса, представляя, что правая рука лежит на краю горячей плиты, а в левой у него брусок льда. Без особых усилий журналист ускорял ритм работы сердца (представляя, как бежит за трамваем) или замедлял его (фантазируя, как он отдыхает в постели) и т.д..
Еще одним доказательством связи воображения с органическими процессами является напряжение мышц, сопровождающееся биотоками, когда человек представляет, например, что она поднимает груз. Это явление используют при создании протезов конечностей с биострумним управлением.