肝癌组织的含水量和脂质含量均比正常肝组织高。水具有长T1和长T2弛豫时间，脂质则具有短T1和较长T2弛豫时间。水分增加将延长肿瘤的T1弛豫时间，而脂质增加则缩短肿瘤的T1弛豫时间。
两者制约肝癌T1弛豫时间的变化至少可有3种结果：肿瘤水分增加较多，而脂质没有或仅有少量增多，致使这部分肝癌具有较长的T1弛豫时间。在T1加权图像上呈低信号约占2/3的病例；肿瘤水分增加不多，但脂质明显增多，致使这部分肝癌的T1驰豫时间较明显地短于正常组织者，而在T1加权图像上呈高信号，约占1/3的病例；肿瘤水分增加和脂质增多处于某种比例关系，致使这部分肝癌组织的T1弛豫时间延长的幅度不大或与正常组织十分接近，在T1加权图像上后者一般呈等信号，而前者的信号强度与所选择的程序有关。
若选择T1权重较大的T1加权程序，这些肝癌就呈低信号T2反之，若选择T1权重较小的T1加权程序，这些肝癌可呈等信号。采用自旋回波短TR、短TE（T1加权）程序，多数肝癌呈不均匀的低信号，少数呈高、低混合信号区、整个病灶显示为等信号和高信号的几率不多。其中病灶显示为高、低混合信号是提示恶性病变的可靠征象这些肿瘤内斑片状的高信号区代表肝癌病理上的坏死出血或肿瘤局部显著的脂质积聚。高信号的癌结节需与肝硬化的再生结节相鉴别，两者不同的是在T，加权图像上再生结节呈低信号而癌结节呈高信号。病灶的边界一般较清楚，尤其在包膜形成处边界可很清楚显示。当肿瘤呈浸润性生长或瘤周水肿较明显时，边界模糊不清。
在自旋回波长、多回波图像上、绝大多数的肝癌呈不均匀的高信号区，并随回波时间延长信号强度衰减，信号变得更为不均匀，边界模糊不清且不规则。产生这一征象的原理可能是由于肝癌由多种形态不同的肝癌细胞以不同的组合方式构成多样化的组织学结构。在镜下可见癌细胞排列成索状或巢状；有些癌巢间血窦非常丰富，有些癌巢间血窦则十分稀少，癌组织成实性团状。原发性肝癌的占位征象（如肝裂和肝门的变窄、闭塞、移位，下腔静脉受压变形、移位以及肝轮廓的局限性隆起）、肝门和腹膜后转移灶以及原发性肝癌患者常伴有的肝硬化，都能在MRI上很好地显示。