Dzięki wysokiej energii mogą przenikać przez duże ilości materii, a dzięki jonizacji ich tor lotu może być stosunkowo łatwo śledzony lub odtworzony.
Działanie Radiografia działania opiera się o zjawisko tłumienia strumienia mionów przez przenikaną materię. Tłumienie to zależy od ilości, gęstości i charakterystyki materii stojącej na drodze strumienia. Radiografia mionowa wymaga użycia detektorów (zwykle scyntylacyjnych lub jonizacyjnych) w co najmniej dwóch płaszczyznach (radiografia transmisyjna). Detektory pozwalają na odtworzenie toru lotów mionów w badanej strukturze oraz na pomiar ich energii, rozpraszania i pochłaniania oraz na porównanie danych rzeczywistych z oczekiwaną charakterystyką nietłumionego strumienia mionów. W ten sposób pustą przestrzeń, np. w górotworze, można zidentyfikować, rejestrując nadmiar mionów w miejscu, gdzie spodziewano się ich mniej z racji takiej a nie innej gęstości skał.
Małe obiekty mogą zostać zobrazowane poprzez obserwacje torów lotu mionów przed i za obiektem. Zwiększenie liczby detektorów poprawia efektywność i rozdzielczość radiografii. Większa liczba detektorów pozwala również na tworzenie obrazów trójwymiarowych.