Non esiste una parte specifica del cervello che si occupa del deja vu. Si ritiene invece che sia correlato ad anomalie nelle funzioni cerebrali legate alla memoria e al riconoscimento. Ciò può includere l’ippocampo, la corteccia entorinale e la corteccia prefrontale, tra le altre parti del cervello coinvolte nei processi di memoria e familiarità.