Tarkkaavaisuuden tiedetään aktivoivan useita eri aivoalueita sen kohteesta riippuen. Erityisesti toiminnanohjaukseen tarvittava etuaivolohkon prefrontaalikorteksietuaivolohko on aktiivisena tarkkaavaisuuden aikana. Myös tarkkaavaisuuden kohteesta riippuen aktivaatiota voi olla muun muassa kuulo-,näkö- tai motorisella [[Aivokuori|aivokuoren alueella]]. Tarkkaavaisuuden ei vaiheiden tiedetään myös aktivoivan erilaisia muita alueita, kuten tarkkaavaisuuden kohdentaminen ylempää temporaalista [[Aivopoimu|aivopoimua]], [[Aivojuovio|aivojuoviota]], ja päälakilohkon alaliuskaa (lat. lobulus parietalis inferior), tarkkaavaisuuden ylläpito [[aivorunko|aivorungon]] retikulaarijärjestelmää ja [[talamus|talamusta]], sekä tarkkaavaisuuden siirtäminen dorsolateraalista prefrontaalikorteksia.
