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磁共振成像分为三个步骤：在射频脉冲和梯度磁场的作用下对质子进行空间编码，使自旋质子产生磁共振信号；采集磁共振信号，并填入K空间的适当位置；对K空间采样数据进行傅里叶反变换重建图像。
梯度场线圈可以将线性变化的磁场附加在主磁场的特定方向上，使在该方向上的质子自旋进动不同，同时保持与该方向垂直的断层的质子自旋进动频率相同。射频脉冲的频率与该断层的质子进动频率相同时，会激励该断层的质子，得到其磁共振信号，而其他断层的质子不会被激励，实现对断层的选择。梯度磁场梯度越大，断层的层厚可以越薄，改变梯度磁场的大小可得到不同层厚的图像。
完成断层选择后，使用相位编码和频率编码将断层内所有的质子按行和列的方向进行编码，使不同位置的质子有唯一可识别的相位和频率。相位和频率不能用同一个梯度磁场进行编码，相位编码在频率编码之前完成。频率编码时，可以用两个梯度磁场所合成的梯度磁场进行。
成像过程中，需要射频脉冲和梯度磁场按一定顺序变化，才能获取正确的磁共振信号，其顺序称之为时序，如图2-9A所示。图2-9B是相应的K空间情况。
图2-9 成像时序图（A）与K空间填充（B）
激励脉冲和层选择梯度磁场同时作用，选择并激励该层面内的所有质子，此时K空间对应于点A（原点）。随之先后使用 Y 方向和 X 方向的梯度场，完成相位和频率编码。频率编码之后，从时刻B开始接收磁共振信号到时刻C结束。在K空间中，根据梯度磁场梯度，有 K y 值，对应于图中的B点位置，并将回波信号填入K空间中，由B点到C点。该时序过程结束后，又回到A时刻，完成一个TR周期，并完成K空间中一行数据的采集。改变相位编码梯度磁场，即改变 K y 值，循环上述时序，完成对K空间的填充。若图像矩阵有256行，则需要重复256次。
磁共振信号在频率编码梯度磁场作用时采集，该信号是断层内所有自旋核的信号总和，由不同的频率（ ωi ）与相位（ Φi ）的信号组成。在信号测量过程中并不直接得到图像，而仅获得包含空间编码信息的原始数据，并记录入K空间。
对K空间中的数据进行傅里叶反变换，分解出信号的频率和相位信息，并根据空间编码将其映射为空间坐标。
人体不同的组织结构有不同的T 1 、T 2 和质子密度，MR信号与T 1 、T 2 和质子密度均有关系。通过设置重复时间TR、回波时间TE和反转时间TI等成像参数，可以得到T 1 、T 2 和质子密度加权像，可以更为细致地观察人体组织。
质子密度图主要反映不同组织间质子含量的差别。以甲、乙两种组织为例，甲组织质子含量高于乙质子，进入主磁场后，质子含量高的甲组织产生的宏观纵向磁化矢量大于乙组织；90°脉冲后甲组织产生的旋转宏观横向磁化矢量就大于乙组织，这时检测MR信号，甲组织产生的MR信号将高于乙组织，即质子密度越高，MR信号强度越大，这就是质子密度加权成像。
T 1 加权像主要反映组织纵向弛豫的差别。假设有甲、乙两种质子密度相同的组织，甲组织的纵向弛豫比乙组织快（即甲组织的T 1 值短于乙组织）。进入主磁场后由于质子密度一样，两种组织的纵向磁化矢量大小相同，90°脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也相同。射频脉冲关闭后将发生纵向弛豫，由于甲组织的纵向弛豫比乙组织快，经过一定时间，甲组织的宏观纵向磁化矢量将大于乙组织。由于接收线圈不能检测到这种纵向磁化矢量的差别，加上第二个90°脉冲，甲、乙两组织的宏观纵向磁化矢量将再发生偏转，产生宏观横向磁化矢量。因为此前甲组织的纵向磁化矢量大于乙组织，其产生的横向磁化矢量将大于乙组织，检测MR信号，甲组织产生的MR信号将高于乙组织，这就是T 1 加权像。在T 1 加权像上，组织的T 1 值越小，其MR信号强度越大。如脂肪表现为高信号，而脑脊液表现为低信号。
T 2 加权像主要反映组织横向弛豫的差别。假设有甲、乙两种质子密度相同的组织，甲组织的横向弛豫比乙组织慢（即甲组织的T 2 值长于乙组织）。进入主磁场后由于质子密度一样，两种组织产生的宏观纵向磁化矢量大小相同，90°脉冲后产生的宏观横向磁化矢量的大小也相同，射频脉冲关闭后，甲乙两种组织的质子将发生横向弛豫，由于甲组织横向弛豫比乙组织慢，到一定时刻，甲组织残留的宏观横向磁化矢量将大于乙组织，此时检测MR信号，甲组织的MR信号强度将高于乙组织，这样就实现了T 2 加权像。在T 2 加权像上，组织的T 2 值越大，其MR信号强度越大，如液体及水肿表现为高信号，而肌肉表现为低信号。