La resonancia magnética nuclear fué descubierta durante la década de 1930 por Isidor Isaac Rabi y su grupo de investigación de la Universidad de Columbia quienes desarrollaron la resonancia magnética de haces moleculares como técnica para estudiar las propiedades magnéticas y la estructura interna de las moléculas, los átomos y los núcleos. La RMN se comenzó a utilizar casi inmediatamente para la caracterización de las sustancias químicas, dado que en una molécula, los protones emiten una radiación diferente según el radical al que se encuentren unidos y su posición dentro del mismo. Hubo que esperar hasta la década de los 70 para disponer de esta técnica para el diagnóstico imaginológico.

Las resonancia magnética utiliza algunas propiedades fundamentales de los núcleos atómicos, en particular los "momentos magnéticos", ya que se parecen a diminutas barras magnéticas con polos positivo y negativo.

Cuando se colocan en un campo magnético externo potente, la dirección del momento magnético "oscila" o cambia según la dirección del campo con una frecuencia proporcional a la fuerza del campo externo. La resonancia magnética se produce cuando la fuerza del campo magnético se manipula hasta que la frecuencia de precesión de la partícula coincide con la de la frecuencia de radio aplicada. Esto hace que el momento magnético de la partícula cambie de orientación en relación al campo magnético externo, una señal detectable que revela la estructura interna y la actividad de cualquier cosa, desde elementos químicos hasta el cerebro humano.