磁共振是目前使用最广泛的移植干细胞直接标记活体成像方法。而顺磁性及超顺磁性氧化铁颗粒（superparamagnetic iron oxides，SPIO）则是目前应用最普遍的磁共振对比剂。SPIO可通过细胞内吞、吞噬作用或电穿孔方法进入细胞内进行活体示踪。
    根据超顺磁性氧化铁颗粒直径不同可分为：直径大于50纳米的超顺磁性氧化铁颗粒（SPIOs），直径小于50纳米的超小型SPIOs（ultra-small SPIOs，USPIO），以及单晶体氧化铁纳米粒子（monocrystalline  iron-oxide  nanoparticle，MPIO）。有研究比较了SPIO和USPIO两种氧化铁颗粒对干细胞的标记效果，发现SPIO更易于被细胞吸收，更适合用于干细胞的标记。氧化铁颗粒外周均有右旋糖酐或硅氧烷聚合物包被以防止其聚合。氧化铁纳米粒子产生的磁矩干扰主磁场，导致周围的质子快速除相位。磁共振成像技术中的梯度回波序列对质子的失相位很敏感，因此可以特异性检测氧化铁颗粒的存在。而T2*加权图像能够检测到皮克级的氧化铁浓度产生的低信号。2003年，Kraitchman等在Circulation杂志上报道了SPIO（Feridex）标记的骨髓间充质干细胞(MSCs)注入猪心肌梗死模型心肌内的磁共振显像结果，发现磁共振T2加权成像可以清楚地显示大部分的移植细胞位点（24/34），移植的未标记细胞均未显影；而且，研究发现细胞移植1周后，磁共振T2加权像中低信号区域（SPIO标记的干细胞区域）的面积较细胞移植后24小时的面积增加了15％，而信号强度减弱了24％±4％，提示移植的MSC发生了迁移和（或）分化。同年，Hill等也报道了相似的研究结果，他们将铁荧光颗粒(IFP，iron fluorophore particle)标记的自体骨髓间充质干细胞注射入猪的梗死心肌区，分别于移植后4、8、21天进行磁共振(1.5T) 及组织学检测。结果发现，细胞注射区域在磁共振T2加权像中显示为低信号，与同位置组织切片的荧光显微镜观察结果显示的荧光标记细胞重合，证明了磁共振通过氧化铁标记干细胞活体示踪的准确性。
    SPIO标记的细胞死亡后产生的游离铁颗粒可以经机体正常的铁代谢途径代谢，因此，对移植受体组织无明显毒副作用。然而，急性缺血后微血管阻塞会导致局部出血，血红蛋白降解产生的高铁血红蛋白和含铁血黄素形成的低信号可能会与标记细胞的氧化铁颗粒产生的低信号相混淆，影响对移植细胞示踪的准确性。磁共振标记的另一个不足之处在于其对比剂无法显示干细胞的活性，死亡的移植细胞、吞噬垂死干细胞的巨噬细胞及游离的氧化铁颗粒都可以在磁共振图像上表现为低信号，从而导致无法准确判断移植细胞的存活数量，而且随着标记细胞不断进行细胞增殖分裂，子代细胞内对比剂的含量逐渐稀释减少直至无法检测到。2007年Amsalem等报道的SPIO标记的小鼠骨髓间充质干细胞移植于心梗区域后磁共振示踪及心功能检测的结果发现，虽然磁共振在细胞移植后4周依然能够检测到低信号区，但相应区域的组织学检测结果显示，SPIO所在的细胞是巨噬细胞，而非移植的间充质干细胞。此外，有研究指出SPIO标记磁共振成像进行细胞移植示踪的灵敏度较低，应用常规的磁共振成像扫描仪（1、5T）只能检测到10⁵数量级的标记细胞。不过，近来的研究发现，超高场强（11.7 T）的磁共振成像扫描仪可以检测并示踪含有单个MPIO氧化铁颗粒的单个细胞。此外，安装心脏起搏器和心脏除颤器的患者无法进行磁共振检测。缺血、钙化和出血区域也会在磁共振图像中表现为低信号，需要特殊的扫描序列进行区别。
    目前氧化铁颗粒已获准在临床应用，并且已用于多项非心脏细胞移植标记的临床试验研究。心脏磁共振成像（Cardiac magnetic resonance，CMR）安全可靠，无电离辐射，并且具有很高的空间分辨力，能够对心脏的结构及心肌组织的病理改变进行准确的解剖定位，此外，还可以准确地定量评价心脏整体及局部的舒缩功能，且可重复性高，已成为国际上通用的心血管成像方式，未来在心脏干细胞移植活体示踪方面具有很大的临床应用潜力。