Introdução: O transtorno do espectro autista (TEA) é um transtorno do neurodesenvolvimento caracterizado por dificuldades na interação social, comunicação e comportamentos repetitivos. Apesar de sua alta prevalência, a base fisiopatológica do TEA não é totalmente compreendida. Objetivo: Analisar os achados de estudos de neuroimagem que demonstram alterações fisiopatológicas no cérebro de indivíduos com TEA. Materiais e métodos: Foi realizada uma revisão da literatura nas bases de dados PubMed, UpToDate, ClinicalKey, Google Scholar e ScienceDirect entre fevereiro e agosto de 2024. As diretrizes PRISMA foram utilizadas para organizar a busca e o processo de seleção dos artigos. Resultados: Os estudos revisados revelaram diferenças estruturais na amígdala, no cerebelo e em outras áreas corticais, bem como alterações na conectividade neuronal e padrões atípicos de ativação cerebral. Essas disfunções estão associadas a dificuldades na interação social e na integração sensorial. Conclusão: As técnicas de neuroimagem fornecem informações valiosas sobre as alterações cerebrais associadas ao TEA e podem contribuir para o diagnóstico precoce e o desenvolvimento de intervenções terapêuticas mais eficazes.