肝癌組織的含水量和脂質含量均比正常肝組織高。水具有長T1和長T2弛豫時間，脂質則具有短T1和較長T2弛豫時間。水分增加將延長腫瘤的T1弛豫時間，而脂質增加則縮短腫瘤的T1弛豫時間。
兩者制約肝癌T1弛豫時間的變化至少可有3種結果：腫瘤水分增加較多，而脂質沒有或僅有少量增多，致使這部分肝癌具有較長的T1弛豫時間。在T1加權圖像上呈低信號約占2/3的病例；腫瘤水分增加不多，但脂質明顯增多，致使這部分肝癌的Ｔ1馳豫時間較明顯地短於正常組織者，而在Ｔ1加權圖像上呈高信號，約占1/3的病例；腫瘤水分增加和脂質增多處於某種比例關系，致使這部分肝癌組織的T1弛豫時間延長的幅度不大或與正常組織十分接近，在T1加權圖像上後者一般呈等信號，而前者的信號強度與所選擇的程序有關。
若選擇T1權重較大的T1加權程序，這些肝癌就呈低信號T2反之，若選擇T1權重較小的T1加權程序，這些肝癌可呈等信號。采用自旋回波短TR、短TE（T1加權）程序，多數肝癌呈不均勻的低信號，少數呈高、低混合信號區、整個病灶顯示為等信號和高信號的幾率不多。其中病灶顯示為高、低混合信號是提示惡性病變的可靠征象這些腫瘤內斑片狀的高信號區代表肝癌病理上的壞死出血或腫瘤局部顯著的脂質積聚。高信號的癌結節需與肝硬化的再生結節相鑒別，兩者不同的是在T，加權圖像上再生結節呈低信號而癌結節呈高信號。病灶的邊界一般較清楚，尤其在包膜形成處邊界可很清楚顯示。當腫瘤呈浸潤性生長或瘤周水腫較明顯時，邊界模糊不清。
在自旋回波長、多回波圖像上、絕大多數的肝癌呈不均勻的高信號區，並隨回波時間延長信號強度衰減，信號變得更為不均勻，邊界模糊不清且不規則。產生這一征象的原理可能是由於肝癌由多種形態不同的肝癌細胞以不同的組合方式構成多樣化的組織學結構。在鏡下可見癌細胞排列成索狀或巢狀；有些癌巢間血窦非常豐富，有些癌巢間血窦則十分稀少，癌組織成實性團狀。原發性肝癌的占位征象（如肝裂和肝門的變窄、閉塞、移位，下腔靜脈受壓變形、移位以及肝輪廓的局限性隆起）、肝門和腹膜後轉移灶以及原發性肝癌患者常伴有的肝硬化，都能在MRI上很好地顯示。
