MRI는 자장과 라디오파(비전리방사선)를 이용하여 체내의 원자핵에 핵자기공명현상을 일으켜 원자핵의 밀도 및 물리화학적 특성을 영상화 하며 검사에 활용되는 원소는 수소 원자핵이다.
MRI는 CT 보다 여러 가지의 영상변수(parameter)를 가진다는 것이 가장 큰 장점이다. CT는 X-선 흡수계수라는 단 한가지의 parameter에 의해 영상의 음영도가 좌우되지만 MRI는 수소 원자핵의 밀도, T1, T2 이완 시간 및 혈류 등의 4가지 요소가 영상의 음영도를 결정하는 중요한 parameter 이다.
MRI는 조영제 사용 없이 조직의 병변부위 및 연부조직의 대조도가 뛰어나며 골 조직에 의한 artifact가 없어 특히 중추신경계 등의 촬영에 유용하며 환자의 위치 변환 없이 원하는 방향에 따라 횡단, 시상, 관상면 또는 사위(oblique) 촬영이 가능하다. 또한, 조직의 수소 원자핵 함유에 따른 생화학적 특성에 관한 정보를 얻을 수 있고 혈류와 같이 흐르는 물질에서는 신호가 나오지 않기 때문에 형태기능적인 정보를 얻을 수 있다. 수분과 지방에는 모두 풍부한 수소 원자핵이 존재하지만 이들을 둘러싸고 있는 다른 원자들의 영향(화학적 환경)을 받아 조직의 구별이 가능하게 된다. 물 분자에 함유된 수소 원자핵과 지방에 함유된 수소 원자핵은 화학적 결합이 다르기 때문에 MRI 영상에서 이용되는 이완 시간이 다르게 되어 각 조직의 특성을 영상화 할 수 있다.