ชิ้นส่วนสมองวิทยาจะถูกส่องสว่างด้วยแสงโพลาไรซ์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของการแกว่งที่สัมพันธ์กับเส้นใยประสาทแสงจะถูกหักเหจนถึงระดับที่แตกต่างกันทำให้สามารถคำนวณการวางแนวของเส้นใยประสาทได้เกิดจากปลอกไมอีลินซึ่งเป็นชั้นฉนวนซึ่งล้อมรอบเส้นใยประสาทหลายเส้นในสมอง ในขณะที่ 3D-PLI ทำการวัดการหักเหแสงของโพลาไรเซชัน

การวัด diattenuation จะกำหนดการลดทอนของโพลาไรเซชันซึ่งขึ้นกับแสงคือความเข้มของแสงโพลาไรซ์ลดลงเมื่อผ่านส่วนสมอง การวัดจะดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์เดียวกับ 3D-PLI โดยที่ตัวกรองสองตัวจะถูกลบออก การวัด diattenuation แบบผสมผสานและ 3D-PLI ช่วยให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างบริเวณสมองที่แตกต่างกัน ในบางภูมิภาคเนื้อเยื่อสมองมีความโปร่งใสสูงสุดเมื่อโพลาไรเซชันของแสงถูกวางขนานกับเส้นใยประสาท ในภูมิภาคอื่น ๆ เนื้อเยื่อมีความโปร่งใสมากที่สุดเมื่อโพลาไรเซชันถูกวางในแนวตั้งฉากกับเส้นใยประสาท วิธีการทำงานของเนื้อเยื่อขึ้นอยู่กับสิ่งต่าง ๆ ในเวลาหลังจากฝังส่วนสมอง