Manyetik rezonans görüntüleme hidrojen atomunu kullanarak çalışır. Hidrojen atomu manyetik rezonans görüntüleme için ideal bir atomdur. Çünkü çekirdeği bir proton içerir ve büyük bir manyetik moment içerir. Bu büyük manyetik moment sayesinde, Hidrojen atomu manyetik bir alana konulduğunda, manyetik alan ekseninde sıralanmak için güçlü bir eğilimi vardır.

MR görüntüleme cihazında, içerisine hastanın konulduğu tüpün merkezine doğru bir manyetik alan oluşturulur. Bu şekilde sırtüstü yatan hastada hidrojen protonları, hasta vücudunun baş veya ayak yönünde manyetik alanda hareketi sıralanması sağlanır. Bütün Hidrojen protonları manyetik alanın bir yönüne ya da diğer yönüne doğru yönelir. Bunların büyük bir çoğunluğu birbirini dengeler.

Manyetik rezonans görüntüleme cihazı hidrojene özel olan radyo frekans dalgaları kullanılır. Sistem bu dalgaları vücudun incelemek istediğimiz kısmına yönlendirir. Bu dalgalar o bölgedeki protonların dönmeleri için gerekli enerjiyi sağlar. Bu manyetik rezonans görüntüleme cihazının rezonans kısmıdır.

MR cihazı vücudun değişik bölgeleri için tasarlanmış farklı bobinler içerir. Örneğin diz, omuz, bilek, baş, boyun vs bu bobinler genellikle incelenen vücut bölgelerinin dış hatlarına uygundur ve test sırasında bunlara çok yakın durur. Aynı anda üç gradyent manyet çalışmaya başlar. Ana manyetin içerisine bunlar öyle bir yerleştirilmişlerdir ki bu manyetler çok hızlı bir şekilde açılıp kapandığında ana manyetik alanın çok kısıtlı bir bölümünde değişikliğe neden olur. Bu şekilde çok küçük bir vücut kesitinin değişik bir frekansta rezonansa girmesi sağlanır. Böylece MR görüntüleme çok ince herhangi bir vücut kesitinin her hangi bir yönde görüntülenmesi sağlar. MR, diğer görüntüleme teknikleri üzerinde büyük bir avantaj sağlar. Ayrıca değişik bir yönde görüntü almak için cihazı taşımaya gerek kalmaz.

Radyo frekans dalgası kesildiği zaman hidrojen protonları yavaşça manyetik alan içerisinde doğal durumlarına dönerler ve depoladıkları fazla enerjiyi bırakırlar. Bunu yaptıklarında bobinlerin alabildiği bir sinyal gönderirler ve bu sinyallerde bilgisayar sistemine gönderilir. Bilgisayar sistemi de Fourier dönüşümü kullanarak elde edilmiş olan matematiksel veriyi alır. Bilgisayar bu veriyi kullanarak film üzerinde görülebilecek bir görüntü oluşturur.