氫核是人體成像的首選核種：人體各種組織含有大量的水和碳氫化合物，所以氫核的核磁共振靈活度高、信號強，這是人們首選氫核作為人體成像元素的原因。NMR信號強度與樣品中氫核密度有關，人體中各種組織間含水比例不同，即含氫核數的多少不同，則NMR信號強度有差異，利用這種差異作為特征量，把各種組織分開，這就是氫核密度的核磁共振圖像。人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度、弛豫時間T1、T2三個參數的差異，是MRI用于臨床診斷最主要的物理基礎。
當施加一射頻脈沖信號時，氫核能態發生變化，射頻過后，氫核返回初始能態，共振產生的電磁波便發射出來。原子核振動的微小差別可以被精確地檢測到，經過進一步的計算機處理，即可能獲得反應組織化學結構組成的三維圖像，從中我們可以獲得包括組織中水分差異以及水分子運動的信息。這樣，病理變化就能被記錄下來。
人體2/3的重量為水分，如此高的比例正是磁共振成像技術能被廣泛應用于醫學診斷的基礎。人體內器官和組織中的水分并不相同，很多疾病的病理過程會導致水分形態的變化，即可由磁共振圖像反應出來。
MRI所獲得的圖像非常清晰精細，大大提高了醫生的診斷效率，避免了剖胸或剖腹探查診斷的手術。由于MRI不使用對人體有害的X射線和易引起過敏反應的造影劑，因此對人體沒有損害。MRI可對人體各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客觀更具體地顯示人體內的解剖組織及相鄰關系，對病灶能更好地進行定位定性。對全身各系統疾病的診斷，尤其是早期腫瘤的診斷有很大的價值。