Метод использует то обстоятельство, что ядра некоторых элементов магнитны, то есть обладают спином. Их можно представить себе как маленькие вращающиеся волчки. Если атомы поместить в сильное постоянное магнитное поле, то спины их ядер будут стараться повернуться вдоль поля, прецессируя, то есть крутясь и покачиваясь, как детская юла. Это магнитное поле, как правило, получают с помощью большого сверхпроводящего магнита, который составляет львиную долю стоимости установки. Движение ядер можно возмутить радиоимпульсом (толкнуть юлу), а затем измерять излучаемые ядрами в процессе возврата в прежнее состояние радиоволны. Анализ радиосигналов дает важную информацию о молекулах, окружающих такое ядро, а также о динамике их поведения. Эти радиосигналы обычно регистрируют с помощью антенны в виде катушки, но иногда используют чрезвычайно чувствительные сверхпроводящие квантовые магнитометры — СКВИДы, которым уже не нужен сильный магнит. С помощью ядерного магнитного резонанса удается получать трехмерные изображения, но пространственное разрешение метода существенно ограничено: даже точности в одну десятую миллиметра весьма непросто достичь.

В новом методе, предложенном учеными Принстонского университета, для измерения ориентации спинов ядер вместо радиоволн и катушки используют линейно поляризованный видимый свет. Ориентированные спины ядер вращают плоскость поляризации света, и этот эффект, носящий имя Фарадея, удается измерить. Это было продемонстрировано на образцах жидкого ксенона и воды.

Пространственное разрешение нового метода более чем в сто раз лучше, чем у обычного, и ограничено только размерами пятна фокусировки лазера, то есть величиной порядка длины световой волны.