用梯度磁場對共振信號作空間編碼（定位）的辦法得到的圖像，實質上是人體組織內質子的密度圖。磁共振象素值反映的橫向磁化不但與質子數量有關，而且與它們的運動特性，即所謂“弛豫時間”有關。
在自由進動階段，磁化向量經過一個稱為“弛豫”的過程，回到它的原始靜止位置。弛豫過程的特性由時間常數T1和T2描述。為了作簡單的熱力學模擬，提出“自旋溫度”的概念。認為經射頻磁場激勵后的自旋是“熱”的，核子的環境便稱“晶格”，可把它的理解成一個熱容量很大的容器，通過“熱”接觸吸收核子多余的能量。自旋與晶格的絕“熱”十分有效，“熱”傳遞慢，弛豫時間就長。純水中，室溫下，質子的自旋晶格馳豫時間約3秒，在生物組織中，它在幾百毫秒自約2秒之間。自旋晶格弛豫時間T1是縱向磁化向量MZ復位的過程，因此丁也叫縱向弛豫時間。復位過程遵守指數規律，90o度脈沖之后，經過T1秒，復位到它靜止值的63%。
經過射頻磁場激勵之后，除縱向磁化分量要恢復，橫向磁化分量MXY也要衰減，使信號逐漸消失。如果磁場是理想均勻的，即全部核子完全經受同一磁場強度，這橫向磁化分量以常數T2衰減，它叫橫向或自旋-自旋弛豫時間。由于實際上的磁場的不均勻，FID（自由衰減信號）衰減過程的有效時間常數T2*要比T2短。
由于FID（自由衰減信號）信號不表示縱向磁化向量，也不能正確表示橫向磁化分量衰減的實際時間常數，所以，實際測量是都是利用給予一定的脈沖序列（180度和90度射頻激勵脈沖組成一定的脈沖序列）來進行間接測量，以獲得T1加權的和T2加權的圖像。
選擇不同的脈沖序列和不同的成像時間，磁共振設備可形成質子密度圖像、加權的圖像和加權的圖像。找出正常組織與有病組織間弛豫時間差異的特點是很重要。