体内の水素原子を磁場の中に置くと同じ方向を向いて首振り運動をするようになりました。これをラーモアの歳差運動といいます。水素原子の自転運動のことをスピンといいますが、これは3次元的な回転運動ではなく、量子力学的なクオークの動きのことです。
次にパルス状の適切な周波数の電磁波を磁界とは別の方向から照射します。すると水素原子はいっせいにそちらへ向きを変えエネルギーを吸収します。この現象を核磁気共鳴（MNR）といいます。
電磁波の照射は停止すると、水素原子はエネルギーを放出しながら元の磁場の方向に向きを変えます。これを緩和といいます。
組織の性質や状態によって水素原子のスピンが元に戻る速さやエネルギーの放出状態が異なります。この違いをフーリエ変換して画像化したものがMRIであり、腫瘍病変がくっきりと描出できるようになったりします。
