Zazwyczaj nadajnik i detektor światła znajdują się ipsilateralnie na czaszce badanego. Dzięki temu, nagrane pomiary są modyfikowane przez ponownie rozproszone (odbite) światło biegnące po eliptycznej trajektorii.
Historia W 1977 roku, Jobsis stwierdził, że przejrzystość tkanki mózgu dla podczerwieni pozwala na nieinwazyjną i ciągłą metodę nasycania tkanek tlenem za pomocą transiluminacji. Transiluminacja (rozproszenie) miała ograniczone zastosowanie u dorosłych z powodu tłumienia światła i szybko została zastąpiona przez techniki oparte na trybie odbicia. Rozwój systemu NIRS odbywał się szybko i do 1985 roku pierwsze badania na dotlenianiu mózgu przeprowadził M. Ferrari. Techniki NIRS zostały rozszerzone w pracy Randalla Barboura, Britona Chance’a, Arno Villringera, M. Cope’a i D.T. Delpy’ego, Enrico Grattona i innych.
Zasada działania Aktywność neuronów a hemodynamika Pomiary aktywności mózgu uzyskane za pomocą fNIRS opierają się na reakcji hemodynamicznej.
Reakcją hemodynamiczną nazywa się odpowiedź organizmu na wykorzystywanie składników odżywczych. Tkanki, w obrębie których występuje aktywność neuronalna, zużywają składniki odżywcze, których braki następnie muszą zostać uzupełnione.