目前很多研究发现，tDCS刺激后的效应维持的时间会超过tDCS刺激的时间，对于tDCS刺激引起的这种后效应，很多学者认为，tDCS刺激引起了大脑皮质可塑化。因为学者们研究发现，当抑制在突触可塑化中发挥重要作用的N-甲基天冬氨酸受体的活性时，tDCS产生的后效应减弱；而当使用N-甲基天冬氨酸受体激活剂环丝氨酸时，tDCS产生的后效应增强。这说明tDCS刺激产生的长时间后效应与谷氨酸能系统的突触可塑化有关。动物实验研究进一步发现，阳极tDCS刺激增加了神经元细胞膜上钙离子通道的数量，而钙离子通道的数量和活性与谷氨酸能系统的突触可塑化密切相关。
除了在tDCS刺激电极下局部发生了生理学效应外，在距离刺激局部一定距离的其他脑区或者皮质下区域也发生了生理学效应。但是不清楚这些效应是由皮质活动的生理性扩散引起的还是由电流扩散引起的。例如，有学者研究发现，在前运动皮质区施加阳极tDCS刺激后提高了M1皮质区内的易化过程，这可能是由于前运动皮质区-初级运动皮质区传入成分激活引起的。另外，还有研究发现，在M1区施加阳极tDCS刺激后，通过fMRI发现控制一侧手运动的M1区与另一只手的前运动皮质区和顶上皮质区的功能练习增强了。这些研究成果表明：tDCS刺激引起的良好效应可能与tDCS刺激引起大脑不同皮质区域的功能联系增强有关。
