A eficácia da PBM foi comprovada em diversas condições neurológicas, como traumatismo cranioencefálico, acidente vascular cerebral isquêmico, doença de Alzheimer, doença de Parkinson, além de distúrbios psicológicos, como depressão e ansiedade. A técnica pode reduzir a apoptose e a excitotoxicidade, aumentar os antioxidantes, as neurotrofinas e estimular as células neuroprogenitoras.

A nível tecidual, a PBM pode aumentar o fluxo sanguíneo e a angiogênese, reduzir a inflamação e ajudar os neurônios a formar novas conexões. Devido aos impactos benéficos da Terapia de Fotobiomodulação Cerebral na depressão e ansiedade, novos ensaios para outros transtornos psiquiátricos, como esquizofrenia, autismo, transtorno bipolar, hiperatividade com déficit de atenção e transtornos obsessivo-compulsivos devem surgir no futuro.