Một MRAM hoàn chỉnh gồm các dãy 2 chiều các ô nhớ riêng biệt có địa chỉ riêng. Trong cấu trúc ngày nay, mỗi ô nhớ là sự kết hợp của một transitor CMOS với một tiếp xúc chui hầm từ và 3 mức thẳng (line levels) như hình 4.
Hình 4. Phương pháp đọc và ghi ở MRAM trong các cấy trúc phổ biến (a): Nguyên tắc đọc, (b) cách ghi trong cấu trúc FIMS, (c) cách ghi trong cấu trúc TAS, (d) cách ghi trong cấu trúc CIS.
+ Khi đọc dữ liệu, một dòng xung công suất thấp sẽ đi vào qua cổng Control và mở transistor dẫn tới địa chỉ ô nhớ được chọn, điện trở của ô được xác định bằng cách điều khiển dòng qua "word line" qua tiếp xúc chui hầm từ và so sánh với ô lấy mẫu trong dãy (hình 4a).
+ Dữ liệu được ghi theo nguyên lý từ trễ. Các "word line" và "bit line" sắp xếp qua 2 cực của tiếp xúc chui hầm từ và được hoạt động nhờ một dòng xung đồng bộ để tạo ra một từ trường tại địa chỉ ô nhớ. Cường độ dòng được chọn sao cho chỉ lớp nhớ của tiếp xúc từ có thể bị đảo từ còn các lớp lấy mẫu vẫn giữ nguyên trạng thái. Điều này có thể tạo được là do đặc tính của các cấu trúc nano.
Cấu trúc FIMS đã được sử dụng rất hiệu quả trong thế hệ MRAM đầu tiên. Tuy nhiên, nó có những hạn chế khi kích thước ô nhớ giảm xuống dưới 1 μm:
+ Công suất ghi sẽ tăng lên do trường đảo từ tỷ lệ nghịch với kích thước hạt. + Các lỗi lựa chọn ở chế độ ghi cũng tăng lên khi phân bố trường đảo từ SFD (Switching Field Distribution) có xu hướng tăng vọt lên.
+ Sự bền vững của dữ liệu trong thời gian dài có nguy cơ bị tác động do sự tăng các tác động của kích thích nhiệt.