Gradient đồng thời cũng làm pha của mômen từ của các nguyên tử thay đổi. Ở vị trí có từ trường càng lớn, thì tần số tiến động của các spin nguyên tử cũng lớn hơn, do đó nó chuyển động nhanh hơn, và sau một thời gian, pha của nó cũng sẽ lớn hơn so với các spin nguyên tử ở vị trí mà có từ trường nhỏ hơn. Như vậy, khi người ta bật gradient dọc theo một trục nào đó, thì độ dịch pha của các nguyên tử cũng biến đổi theo trục đó. Và độ dịch pha phụ thuộc vào khoảng cách giữa vị trí của spin với trung tâm gradient từ trường.
Như vậy, để xác định vị trí tín hiệu tín hiệu, người ta đưa vào một gradient mã hóa pha, và nhờ gradient này, pha của các spin thay đổi dọc theo hướng của gradient.
Khi gradient mã hóa pha được tắt đi, thì các nguyên tử lại tiếp tục chuyển động với tần số Larmor, nhưng sự khác pha giữa các nguyên tử thì vẫn như vậy. Độ sai khác pha này được dùng để xác định vị trí của nguyên tử (cũng như là của tín hiệu phát ra) theo một hướng của ảnh.
Độ dốc của gradient mã hóa pha xác định độ dịch pha. Gradient càng dốc, thì độ dịch pha giữa hai điểm càng lớn. Gradient mã hóa pha càng dốc, thì độ phân giải ảnh theo trục mã hóa pha cũng tăng.
Gradient mã hóa pha được đưa vào ngay sau khi dừng phát xung kích thích. Thông thường gradient mã hóa pha được bật trong vòng 4ms, và biên độ, cũng như chiều của gradient mã hóa pha được thay đổi theo từng bước mã hóa pha.
Hình 3.10: Gradient mã hóa pha