Mô hình màng mỏng đa lớp với các lớp sắt từ xen kẽ bởi các lớp mỏng phi từ tạo ra hiệu ứng từ điện trở khổng lồ là mô hình sơ khai đầu tiên. Tuy nhiên, đây là cấu trúc đơn giản với sự quay của các lớp sắt từ theo từ trường khá tự do và việc điều khiển tín hiệu trở nên khó khăn. Và chính nhóm của Peter Grunberg đã cải tiến mô hình này thành cấu trúc spin valve như hiện nay với việc sử dụng một lớp phản sắt từ. Cấu trúc cắt ngang của mô hình này gồm 4 lớp chính: bên dưới là lớp màng mỏng vật liệu phản sắt từ (hiện nay sử dụng phổ biến là IrMn...), bên trên lớp này là lớp sắt từ đầu tiên có từ độ bị ghim bởi lớp phản sắt từ nên có từ độ bị giữ theo một hướng (gọi là lớp ghim), phía trên là lớp phi từ (hoặc lớp điện môi), và trên cùng là lớp sắt từ với từ độ quay tự do.

Với mô hình này, khi đặt từ trường ngoài chỉ có từ độ của lớp tự do bị quay theo từ trường ngoài do đó hiệu ứng từ điện trở hầu như chỉ phụ thuộc vào từ độ lớp bên trên. Từ độ của lớp ghim bên dưới chỉ bị quay đi khi có từ trường ngoài đủ lớp để phá vỡ liên kết với lớp phản sắt từ.

Với cấu trúc này, đường cong từ điện trở của hệ trở nên thay đổi nhảy bậc sắc nét và đường cong từ trễ của hệ cũng trở nên khác với thông thường với dạng đường trễ dịch do sự liên kết giữa hai lớp sắt từ-phản sắt từ với hình ảnh đường cong từ trễ bị dịch đi một quãng về phía từ trường âm gọi là trường trao đổi dịch (exchange-bias field)[3].