Chromofory hemoglobiny, w przeciwieństwie do większości tkanek biologicznych, mogą zarówno rozpraszać, jak i pochłaniać te promienie.
Oprócz hemoglobiny można analizować stężenie innych chromoforów. Jednym z nich jest oksydaza cytochromu-c, która może dostarczać bardziej bezpośrednich informacji o aktywności neuronów niż hemoglobina. Jest ona jednak znacznie rzadziej wykorzystywana niż pomiary oparte na hemoglobinie.
Ogólna przezroczystość tkanki biologicznej wraz ze zdolnością chromoforów do absorpcji umożliwia zastosowanie technik optycznych do pomiaru odpowiedzi hemodynamicznych.
Optymalne spektrum światła mieści się w przedziale 700–900 nm, co uznaje się za biologiczne „okno optyczne”, wyznaczone przez mobilizację chromoforów.
Zbieranie pomiarów fNIRS Aparat fNIRS składa się z ułożonych ipsilateralnie: źródła światła, które emituje promienie częściowo podczerwone; fotodetektora, który odbiera fale po przejściu przez tkanki mózgowe.
Źródło światła emituje promień w stronę czaszki, który następnie jest pochłaniany lub rozpraszany przez chromofory w tkankach nerwowych. Fotodetektor znajdujący się w odległości kilku centymetrów od emitera wychwytuje falę świetlną powstałą w rezultacie przejścia promienia przez tkanki nerwowe.