Les ICM invasives sont connectées directement dans la matière grise* du cerveau grâce à la neurochirurgie*.
Étant connectés directement à la matière grise, ils offrent la meilleure qualité de signal mais sont parfois enkystés, ce qui réduit la qualité du signal, voir l'annule complètement.
Dans le domaine public, William H. Dobelle est un des premiers scientifiques qui fut capable d'implanter une interface destinée à restaurer la vue.
Son premier prototype fut implanté sur "Jerry", un homme devenu aveugle adulte en 1978. Un unique réseau de 68 électrodes fut implanté dans son cortex visuel* et permit de lui transmette la perception de la lumière.
Le système comportait une caméra montée sur des lunettes, envoyant un signal à l'implant. À l'origine cet implant permit à Jerry de percevoir les nuances du gris dans un champ de vision limité avec une vitesse de rafraîchissement lente.
Cela nécessitait aussi qu'il soit relié à un très gros système informatique, mais la miniaturisation de l'électronique et l'augmentation des performances permirent finalement de rendre le système portable.Il put alors réaliser des tâches simple sans assistance.

Les IND partiellement invasifs utilisent un composant implanté dans la boite crânienne* qui ne pénètre pas dans la masse cérébrale. Cette technologie permet une meilleure résolution que les systèmes non invasifs (car le passage à travers la dure mère* distord le signal) et présente moins de risques que la technologie invasive.

L'électrocorticographie (ECoG) est la technique utilisée dans ce genre de cas. Elle permet de mesurer l'activité électrique grâce à des électrodes* placées à l'intérieur de la boîte crânienne, entre la dure-mère et le cortex*. La technologie ECoG a été testée sur les humains par Eric Leuthardt et Daniel Moran de l'université de Washington à partir de 2004. Une expérience a été menée afin de permettre à un adolescent de jouer au jeux "Space Invadors" en utilisant un implant EcoG.

Cette expérience a prouvé que cette technique offre un contrôle rapide, nécessitant peu d'adaptation et qu'elle constitue un compromis idéal entre qualité de signal et risque pour l'homme.

ECoG est un très bon compromis car elle offre une bonne résolution spatiale, un rapport signal/bruit faible, une large réponse en fréquence et nécessite moins d'entraînement que l'EEG extra crânien. Cette technologie est aussi moins complexe, présente moins de risques cliniques. Ceci permet d'envisager une mise en œuvre grand public.

Les IND partiellement invasifs pourraient également utilisés une technologie d' « imagerie fonctionnelle portable ». C'est à dire, qui nécessiterait l'implantation d'un laser dans la boîte crânienne: le laser serait focalisé sur un seul neurone et la réflexion serait mesurée par un détecteur distinct. Quand le neurone s'active, la réflexion est modifiée. Ceci permet de visualiser l'activité neurone par neurone. Ce signal ne nécessite pas de pénétrer les tissus assurant la fonction d'un organe. Cependant, il existe peu d'études à ce sujet, par manque de cobayes.