يتم إجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي داخل جهاز كبير على شكل أنبوب يحتوي على مغناطيس قوي. يُطلب من المريض الاستلقاء على طاولة مسطحة تنزلق داخل هذا الأنبوب. يعمل الجهاز عن طريق محاذاة البروتونات (النوية المشحونة إيجابياً) في ذرات الماء داخل الجسم باستخدام المجال المغناطيسي القوي. ثم يتم إرسال نبضات قصيرة من موجات الراديو، مما يؤدي إلى إخراج البروتونات من محاذاتها. عندما تتوقف نبضات الراديو، تعود البروتونات إلى محاذاتها وتطلق إشارات يتم التقاطها بواسطة مستقبلات الجهاز. يتم معالجة هذه الإشارات بواسطة جهاز كمبيوتر لإنشاء صور مقطعية مفصلة للأنسجة والهياكل الداخلية للجسم. قد يتطلب الفحص حقن مادة تباين (صبغة) وريدياً لتحسين وضوح صور هياكل معينة مثل الأوعية الدموية أو بعض أنواع الأنسجة المريضة. يستغرق الفحص عادة من 15 إلى 90 دقيقة حسب المنطقة التي يتم فحصها وعدد الصور المطلوبة. يُعد من الإجراءات الآمنة حيث لا يستخدم الإشعاع المؤين.