磁共振成像（MRI）出现于20世纪70年代晚期80年代早期，其使用磁性信号而非X线，和CT及体外冲击波成为上世纪的三大医学奇迹。MRI使用后不久，MRI在骨坏死早期诊断的价值就凸现出来。大量研究证实其对骨坏死诊断有极高的敏感性和特异性，很多病例可以在发病数周后得出诊断，远远早于X线和CT扫描，且目前仍未发现其对机体的有害性，因此MRI在骨坏死诊断中逐渐得到广泛的应用，成为骨坏死早期诊断的金标准。而应用MRI对骨坏死早期诊断的提高也极大促进了骨坏死治疗的改善。
MRI对ONFH诊断的敏感度和特异性达96%～99%，是股骨头坏死ONFH早期诊断最敏感且最可靠的方法。ONFH的典型MRI改变为T1WI显示股骨头内蜿蜒状带状低信号（bandlikepattern），低信号带包绕高或混合信号。T2WI显示双线征，但约20%的患者可缺如。建议同时行T1及T2加权序列。对可疑病灶可另加T2压脂或STIR序列。常规应用冠状位与轴位成像，为更精确估计坏死体积及更清晰显示病灶，可另加矢状位成像。应用Gadolinium增强的MRI对检测早期ONFH非常有价值。
核磁共振（MRI）是诊断骨坏死最准确的影像学检查方法。但是在骨坏死的极早期，即原ARCO分期为0期（改良ARCO分期及中国分期已经去除此期），MRI无异常改变，只有组织活检可发现细胞组织坏死，这种骨坏死只有在血供突然中断的情况下才可出现，如动物实验或股骨颈骨折等，而在有骨坏死的高危因素(如使用激素、酗酒、减压病等)引起的全身性骨坏死中很难遇到。当骨坏死周边出现新生带和反应性硬化时，在MRI上即可出现异常改变。新生带和反应性硬化在T1WI上表现为线状低信号影，在T2WI上呈双线征，即内侧为线状高信号，代表新生肉芽组织，外侧为线状低信号，代表坏死区周围的新生骨。偶尔出现三条高低信号并行的带状异常信号，高信号居中，两边伴行低信号带，称之为三线征。坏死区则由于组织成分的不同而表现各异，可以为脂肪信号(高T1中等T2信号)，血液信号(高T1高T2信号)，液体信号(低T1高T2信号)，纤维硬化信号(低T1低T2信号，也可为上述各种成分的混杂信号。
当发生骨坏死时，髓腔内的压力增高，可出现髓腔内水肿改变,表现为弥散性低T1高T2信号，边界不清。骨髓水肿既可出现在骨坏死区的周围，也可以出现在无明确骨坏死征象的病例中。有学者认为骨髓水肿可以是骨坏死的一种早期征象，随诊观察中发现出现骨坏死；但骨髓水肿在随诊过程中，也有水肿消失自愈的病例，称为一过性骨髓水肿。当骨坏死发生在关节端时，MRI还能对关节软骨进行评价，可准确显示关节软骨有无断裂；当关节软骨受累后,则累及到关节,从而出现关节积液,进一步发展，则可出现继发性骨性关节炎，表现为骨性关节面塌陷，关节间隙变窄，关节面下假囊肿，骨赘形成等。
双髋关节MRI平扫。A（T1WI）和B（STIR）示双侧股骨头内可见环形低T1高T2信号灶，包绕的坏死区为脂肪信号（高T1，脂肪抑制序列低信号），右侧股骨头颈部骨髓水肿明显。
除上述骨坏死的典型MRI表现外，还有一些不常见的表现。如斑片状低T1高T2信号，多见于髓腔内较小的病灶，主要是小的骨坏死灶被肉芽组织替代所致；斑片状低T1低T2信号，主要与坏死灶纤维化硬化有关;局限性低T1高T2信号，即囊肿信号，此为囊性骨坏死，或坏死灶液化所致，较少见。
虽然MRI能早期诊断骨坏死，但对骨性塌陷和关节软骨下骨折的显示不如CT。但当股骨头坏死出现进展，有软骨下骨折或新月征等，MRI会出现骨髓水肿征象，T1WI显示带状低信号，T2WI抑脂显示股骨头颈部除病灶区外骨髓水肿及关节积液（Ⅰ°—Ⅲ°）者，应视病变已进展到塌陷前期或塌陷期。
右髋MRI示骨髓水肿，蛙式位显示已出现新月征
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