所謂NMR，是指與物質磁性和磁場相關的共振現象。也可以說，它是低能量電磁波，即射頻波與既有角動量又有磁矩的核系統在外磁場中相互作用所表現出的物理特性。利用這一現象不僅能研究物質的成分，還可觀察其微觀結構。據此，人們以各種射頻脈沖序列對生物體進行激勵，并用檢測線圈記錄組織的弛豫、質子密度、流動、化學位移、擴散、灌注、血液氧合狀態和組織溫度等信息，就出現了MRI 技術。從 NMR 的發現到 MRI 裝置的誕生，這中間經歷了幾代物理學家及醫學家長達數十年的辛勤努力。

 

早在20世紀30年代，物理學家伊西多·艾薩克·拉比就發現，在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列（圖1（b）），而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發生翻轉（圖1（c））。這是人類關于原子核與磁場以及外加射頻場相互作用的最早認識。1946年，美國物理學家費利克斯·布洛赫（Felix Bloch）和愛德華·珀塞爾（Edward Purcell）發現位于磁場中的原子核受到高頻電磁場激發會傾斜。而當高頻場關閉后，原子核將釋放吸收的能量，并且回歸到原始狀態（圖1（b）至圖1（d）過程）。由此核磁共振（N MR）現象被發現，早先它僅被用在化學分析中。因其在磁共振成像理論基礎方面的杰出貢獻，伊西多·艾薩克·拉比獲1944年諾貝爾物理學獎，費利克斯·布洛赫和愛德華·米爾斯·珀塞耳則分享了1952年諾貝爾物理學獎。

 

1958年，穆斯堡爾發現了Ir原子核在低溫下的r射線的共振吸收，即原子核基態與激發態之間發生的核共振現象。穆斯堡爾在1961年獲諾貝爾物理學獎。

 

1968年，理查德·恩斯特團隊改進激發脈沖序列和分析算法，大大提高信號的靈敏度以及成像速度后，磁共振技術才逐步成熟。在1975 年使用相位和頻率編碼以及傅立葉變換引入了二維核磁共振法。理查德·恩斯特本人也因此榮獲1991年的諾貝爾化學獎。

 

20世紀70年代后，MRI的研究主要以歐洲和美國為中心，都分別取得了巨大的成就。