Rainer Goebel verrichte baanbrekend werk in het visualiseren van hersenscans en de interpretatie daarvan. Hij ontwikkelde het softwarepakket Brainvoyager (en Turbo Brainvoyager) waarmee fMRI-data geanalyseerd kan worden. Hiermee kan neurofeedback bijna realtime worden gemeten en gevisualiseerd. Die kennis zet hij in voor therapeutische tools, bijvoorbeeld voor patiënten met Parkinson en depressie. Goebel introduceerde het eerste interactieve fMRI-hyperscanning experiment, waarbij de breinactviteit werd gebruikt om online Brain Pong te spelen.
Ook bedacht Goebel de modeleermethode Common Brain Space (CBS) waarmee voor het eerst individuele topografische neuroimaging data gesimuleerd en voorspeld kon worden. Deze aanpak is gebruikt om visuele illusies, selectieve visuele aandacht en onveranderlijke objectherkenning te verklaren. Sinds januari 2000 is Goebel professor in de neurocognitie aan de Universiteit Maastricht, waar hij ook directeur is van het Maastricht Brain Imaging Centre, opgericht in 2005.