对于同一类型的磁性原子核，如果它们属于不同的分子，那么它们周围的电子云分布会有所差异。即使这些原子核都处于同一个均匀的外部磁场中，由于电子云对原子核的屏蔽效应不同，原子核所感知到的磁场强度也会有所不同，从而导致它们的进动频率出现差异。在磁共振领域，这种现象被称为化学位移。同反相位(in phase，out of phase)成像也称化学位移成像(chemical shift imaging)。化学位移的程度与主磁场强度成正比关系，即磁场强度越高，化学位移现象越显著。
人体MRI的信号主要来源于两种成分，即自由水和甘油三脂。化学位移成像时，像素的MR信号强度是像素内脂肪和水质子信号的矢量和。由于组织中自由水的质子和脂肪的质子的共振频率不同(相差3.27PPM，体温下），当受到射频脉冲激发后，脂肪氢质子和水质子在同相位(位差0度)，此时两种氢质子磁化矢量相叠加称之为同相位，几毫秒后两者相位相反(相位差180度)，此时两种氢质子磁化矢量相互抵消称之为反相位。
使用时钟模型来说明，我们可以将分针比作快速进动的水质子（长细指针），而将时针比作进动较慢的脂质子（短空指针）。假设在1.5T的磁场强度下，当射频脉冲激发后，两者的相位同步，就像时钟指向12点。射频脉冲停止后，由于水质子的进动速度较快，其相位会领先脂质子。在2.38毫秒后，水质子的相位将领先脂质子半圈，即180度，相当于时钟的6点位置，此时采集的回波会形成反相位图像。随着时间的推移，水质子的相位继续领先脂质子。再经过2.38毫秒，也就是脉冲激发结束后的4.76毫秒，水质子的相位将领先脂质子一整圈（360度），两者的相位再次重合，相当于时钟回到12点，此时采集的回波会形成同相位图像。
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