由氢质子磁矩共振形成的净磁化矢量（NMV）在X－Y平面保持进动，并周期性切割磁体内的接收线圈。此时，线圈感应一个电流或电压，这就是MR信号。氢原子参与构成多种分子。这些分子进一步组成各种物质。理论上讲，一种物质中只要有氢原子，就有可能形成MR信号，并被MRI系统显示和识别。但是，实际情况要复杂得多。
人体组织中，氢原子主要存在于水和脂肪中。水占人体质量的60%以上，脂肪含量则与年龄、性别、种族、体型、营养以及代谢状态等因素有关。在水中，2个氢原子结合一个氧原子，形成水分子（H2O）；在脂肪（链）中，多个氢原子与碳原子和氧原子结合，形成碳氢键（－CH2－），脂肪分子中每一种原子的具体数目与脂肪的类型有关。所以，在MRI检查时，MR信号主要来自富含氢原子的水分子和脂肪族脂质。这就可以理解，无论在什么MR脉冲序列，肺组织、骨皮质、肌腱和韧带等结构的MR信号强度总是很弱（因为缺乏氢质子）。
组织中其他一些物质也含氢原子，但因数量相对较少，相应的MR信号强度微弱，故很难被常规扫描序列的MRI显示。在肝脏，胆固醇和芳香族氨基酸（苯甲基氢）在MRI可表现为弱于脂肪信号的中等信号强度；它们在1H－MRS有时表现为扁丘状凸起，对应的化学位移是6～8 ppm。来自其他氨基酸、蛋白质和大分子物质中氢质子的MR信号在MRI不能显示，但在抑制强大的水峰和（或）脂峰后，有可能在MRS显示。
总之，在MRI和MRS中，MR信号反映的物质类型不同，两种检查的临床作用也不同。MRI以灰阶图像的形式提供器官的影像解剖和病变的形态学信息。以此为基础，可以建立基本的影像诊断。MRS则以波谱形式显示体内微量代谢物的种类及其含量变化，揭示局部组织的代谢状态，辅助MRI诊断。临床工作中，MRS通常需要结合MRI使用。
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