Les techniques d'imagerie fonctionnelle, qui étudient les mouvements de l'eau extracellulaire (IRM de diffusion) ou la microcirculation (imagerie fonctionnelle de la microcirculation en IRM, TDM ou échographie), sont actuellement disponibles pour le suivi sous traitement des patients en oncologie. Elles sont pour le moment plutôt employées en précliniques sur des modèles animaux et lors des études de phase I, car elles permettent de faire progresser notre compréhension des phénomènes microcirculatoires et structuraux qui se produisent au cours d'une thérapie ciblée ou non. L'IRM de diffusion permet d'obtenir des informations sur l'architecture et en particulier la cellularité tissulaire. L'imagerie de perfusion renseigne sur les volumes sanguins locaux, sur les vitesses circulatoires et sur l'importance des échanges entre les compartiments intra- et extra-vasculaires. Leur emploi à large échelle dans une optique d'aide à la décision d'arrêt ou de poursuite d'un traitement nécessite encore plusieurs étapes de validation et de standardisation.