La imagenología neutrónica se basa en los mismos principios que la imagenología de rayos X, si bien en este caso los neutrones interactúan con los núcleos de los átomos y no con sus electrones. A diferencia de los rayos X, sin embargo, los neutrones también se atenúan por efecto de algunos materiales ligeros, como el hidrógeno, el carbono, el boro y el litio, y penetran muchos materiales pesados, como el titanio y el plomo. Esta característica otorga a la imagenología neutrónica una ventaja sobre la imagenología de rayos X cuando se trata de visualizaciones bidimensionales y tridimensionales.
Hasta los años noventa del siglo XX, los sistemas de detección dominantes para la imagenología neutrónica utilizaban películas y se conocían simplemente como radiografía neutrónica. Empleaban película de rayos X y convertidores con láminas de impresión. Desde entonces, los métodos de detección han mejorado de manera espectacular: se han implantado sistemas de procesamiento digital y se han construido líneas de haces de imagenología neutrónica avanzadas.
Fruto de estas innovaciones, y a causa de los distintos contrastes de atenuación en comparación con los métodos de rayos X más corrientes, se han establecido campos de aplicación nuevos y complejos como los siguientes:
- la determinación del hidrógeno en los análisis electroquímicos de las pilas de combustible
- el estudio de la eficiencia dinámica y el rendimiento de baterías o motores
- aplicaciones para el control de calidad de distintos objetos en la industria automovilística, de la aviación y de la construcción
- el estudio no invasivo de objetos del patrimonio cultural y de muestras biológicas
- aplicaciones en la geología y la física del suelo
- el examen no destructivo del combustible nuclear y sus vainas
- la investigación de diversos aspectos de la investigación de materiales
