Posługiwanie się więcej niż jednym językiem wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami dla systemu poznawczego. Badania neuroobrazowe pokazują, że dwujęzyczność niesie za sobą szereg neuroplastycznych zmian zarówno w funkcjonowaniu, jak i strukturze mózgu. Zmiany te są związane z koniecznością pogodzenia dwóch systemów reprezentacji językowych oraz zaangażowania systemu kontroli, dzięki czemu osoba dwujęzyczna używa języka zgodnego z intencją czy kontekstem. Artykuł jest przeglądem najważniejszych doniesień badawczych w tym zakresie. Badania neuro-obrazowe wskazują, że sposób organizacji neuronalnego podłoża reprezentacji językowych zależy od ich typu. Reprezentacje konceptualne u osób dwujęzycznych mają wspólne podłoże neuronalne. Reprezentacje leksykalne, związane ze słownictwem, chociaż są przetwarzane przez te same obszary mózgu niezależnie od języka, są kodowane przez częściowo odrębne populacje neuronów. Reorganizacja systemu reprezentacji syntaktycznych drugiego języka w dużej mierze zależy od czynników związanych z indywidualnym doświadczeniem dwujęzyczności, takich jak wiek, w którym rozpoczęto naukę języka, czy osiągnięty poziom biegłości. Neuroplastyczne zmiany w mózgu osoby dwujęzycznej, zarówno funkcjonalne, jak i strukturalne, następują również w wyniku zwiększonego zaangażowania kontroli poznawczej w procesy językowe. Najnowsze doniesienia wskazują jednak, że zakres oraz nasilenie tych zmian zależą w dużej mierze od indywidualnego doświadczenia osoby dwujęzycznej.