Hạt nhân heli-3 có spin hạt nhân không nguyên và tương đối cao tỷ lệ magnetogyric. Heli-3 có thể được siêu phân cực sử dụng các phương tiện không cân bằng như bơm quang trao đổi spin.[31] Trong quá trình này, ánh sáng laser hồng ngoại phân cực tròn, được điều chỉnh theo bước sóng thích hợp, được sử dụng để kích thích các electron trong một kim loại kiềm, chẳng hạn như Xêsi hoặc rubiđi bên trong một bình thủy tinh kín. Động lượng góc được chuyển từ các electron kim loại kiềm sang các hạt nhân khí cao quý thông qua các va chạm. Về bản chất, quá trình này sắp xếp hiệu quả các spin hạt nhân với từ trường để tăng cường tín hiệu NMR. Khí siêu phân cực sau đó có thể được lưu trữ ở áp suất 10 atm, trong tối đa 100 giờ. Sau khi hít vào, hỗn hợp khí có chứa khí helium-3 siêu phân cực có thể được chụp bằng máy quét MRI để tạo ra hình ảnh giải phẫu và chức năng của thông khí phổi. Kỹ thuật này cũng có thể tạo ra hình ảnh của cây thông khí, xác định vị trí khuyết tật chưa được xử lý, đo áp suất riêng phần oxy phế nang và đo tỷ lệ thông khí / tưới máu. Kỹ thuật này có thể rất quan trọng trong chẩn đoán và quản lý điều trị các bệnh hô hấp mãn tính như bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD), khí phế thũng, xơ nang và hen suyễn.[32]