Як і всі інші психічні процеси, уява — це функція кори великих півкуль головного мозку. Фізіологічним підґрунтям уяви є утворення нових сполучень тих нервових зв'язків, які виникали раніше у процесі відображення людиною об'єктивної реальності. Для виникнення нового образу потрібно, щоб раніше утворені системи зв'язків, структура яких була детермінована характером об'єктів, що сприймалися,
розпалися (здисоціювали) й утворили нові сполучення відповідно до нових потреб, що актуалізувалися в діяльності людини. Багатство образів фантазії залежить від оригінальності того, як у новому її продукті поєднуються риси відомих об'єктів, наскільки новими, нестандартними є ці поєднання.
Діяльність уяви тісно пов'язана з емоціями, невіддільними від творення нового образу. Це дає підстави припустити, що механізми процесу уяви розташовані не лише в корі великих півкуль головного мозку, а й у підкоркових центрах, зокрема в гіпоталамо-лімбічній системі, пошкодження якої спричинює порушення регулятивної функції психіки, пов'язаної з програмуванням поведінки людини. Експери-ментально доведено, що імпульси, які надходять з підкоркових відділів мозку, активізують діяльність кори великих півкуль, сприяють виробленню плану та програми дій, що має важливе значення при створенні образів нових об'єктів.
Створюючи образи об'єктів, які виявляються безпосередньо пов'язаними з емоційною сферою особистості, її почуттями, людський мозок може справляти регулювальний вплив на периферійні частини організму, змінювати їх функціонування. Ще у стародавні часи було помічено, що у деяких людей, переважно тих, які страждають на істерію, після роздумів про муки, що їх згідно з євангельськими текстами зазнав Христос, з'являлися "знаки розп'яття" на долонях, ступнях ніг у вигляді кривавих плям, виразок. Такі відбитки називаються стігмами(від грецьк. зІі§та — "клеймо", "рубець", "знак"). Відомі випадки, коли люди, маючи яскраву фантазію, змінювали температуру руки, усього тіла, уявляючи в ній (на ньому) кригу чи розпечений предмет. Необережно сказане лікарем слово може викликати у вразливого пацієнта реальне відчуття хворобливого стану і у нього можуть проявитися відповідні симптоми захворювання. Хвороби такого походження називаються ятрогенією.Нетактовне слово вчителя, що травмує психіку учня, породжуючи фантастичні страхи, може викликати нервовий розлад — дидактогенію.
Специфічним проявом впливу образів уяви на рухову сферу особистості є ідеомоторні акти.Дослідженнями встановлено, що коли людина уявляє рух якоїсь частини свого тіла (руки, ноги, тулуба), але не виконує самої дії, то в м'язах, які повинні цей рух здійснити, фіксуються слабкі імпульси, аналогічно тим, що реєструються при реальному виконанні рухів. На принципі розшифрування ідеомоторних актів базується ефект "читання думок", коли завдяки надзвичайно тонкій чутливості деякі люди здатні, перебуваючи в контакті з іншою людиною,
сприймати слабкі сигнали її ідеомоторних актів і "вгадувати", який предмет та в кого з присутніх сховав реципієнт. Ідеомоторними актами як засобами ідеального моделювання дій, які належить виконати, широко користуються спортсмени, танцюристи та ін. Тренери рекомендують своїм вихованцям перед виконанням вправи зробити це подумки, уявивши від початку до кінця. Таке "програмування" поліпшує результати їх реального виконання.
Регулювальний вплив мозку на всі органи людського тіла є закономірним явищем. Образи уяви, що формуються у процесі діяльності людини, можуть посилювати цей вплив. При патології мозкової діяльності спостерігаються зміни функції уяви. Найчастіше такі зміни виявляються в галюцинаціях, коли хворий бачить неіснуючий об'єкт. При цьому образ, який виникає, є настільки яскравим, що людина абсолютно впевнена в його реальності. Тимчасовий стан галюцинації викликають наркотики. Надмірне вживання алкоголю може викликати хворобливий стан — білу гарячку, коли починаються фантастичні марення, що не узгоджуються з будь-якою життєвою логікою.