Se encontraron tres regiones que se activan durante todas las tareas que requiere la improvisación. Una de estas regiones es la corteza cingulada anterior, se utiliza en la mayoría de las tareas cognitivas, especialmente cuando el cerebro debe decidir entre un exceso de respuestas potencialmente conflictivas.
Otra región activa es la córtex o corteza premotora dorsal, que actúa como una especie de centro de control de la entrada sensorial acerca de dónde se encuentra el cuerpo y cómo negociar el espacio. Si el cuerpo debe moverse, ¿cuál será su objetivo y a qué velocidad debe ir? Cuando un músico comienza a improvisar, esta región, que ya estaba activada durante la interpretación de melodías previamente memorizadas, intensificó su actividad de manera significativa.
La tercera región identificada es la córtex o corteza premotora ventral, que ha sido durante mucho tiempo conocida como un área clave en nuestra capacidad de comprender y producir el lenguaje. La activación de esta región al improvisar música refuerza la teoría de que la música funciona de forma similar al lenguaje en el cerebro.Estudios posteriores identificaron la unión temporo-parietal. Esta región se activa cuando un nuevo estímulo se produce en nuestro entorno captando nuestra atención. Cuando los músicos tocan melodías memorizadas esta región está activada, pero a medida que se comienza a improvisar, la región se desactiva evitando distraerse.
Se descubrió también un aumento de la actividad prefrontal medial (cortex frontal), la "región del cerebro de la auto-expresión autobiográfica", y simultáneamente, una desactivación amplia en las regiones laterales prefrontales, el área que rige la autoconciencia y la inhibición. En otras palabras, en el cerebro del improvisador el área responsable de la autocontención se desactiva, permitiendo que la región que impulsa la libre expresión se active.
