Hình ảnh khuếch tán (DWI) cung cấp một sự tương phản hình ảnh khác với kỹ thuật MRI thường qui. Nó đặc biệt nhạy để phát hiện đột quị cấp và phân biệt đột quị cấp với các bệnh lý khác có biểu hiện khiếm khuyết thần kinh đột ngột. Hình ảnh khuếch tán cũng cung cấp một thông tin hỗ trợ cho các bệnh lý não khác gồm u, nhiễm trùng nội sọ, tổn thương não do chấn thương và bệnh lý hủy myelin. Vì đột quỵ thường gặp và nằm trong đoán phân biệt của hầu hết các tình huống thần kinh cấp tính, hình ảnh khuếch tán cần phải được xem như là chuỗi xung thiết yếu và được khuyên dùng cho hầu hết các khảo sát MRI não.