MIMO to w rzeczywistości technologia anten radiowych, ponieważ w nadajniku i odbiorniku zastosowano wiele anten, aby umożliwić przesyłanie danych różnymi ścieżkami sygnałowymi, przy czym dla każdej anteny wybrano oddzielne ścieżki, dzięki czemu można używać wielu ścieżek sygnału.
Podstawowym mechanizmem MIMO jest algebra liniowa. Jeśli my np. transmitować N (=2) sygnałów S0, S1 przez dwie anteny i odbierać sygnał na M (=2) antenach R0, R1, wtedy możemy traktować wektor wejściowy S.S i wyjściowy R jako wektory.
Każda antena odbiera w zasadzie superpozycję każdej anteny wejściowej.
Podczas propagacji od anteny wejściowej do wyjściowej wystąpią tłumienie, opóźnienie czasowe oraz szum addytywny, który również można opisać wektorem N.
Radar MIMO to kluczowa technologia poprawiająca rozdzielczość kątową (przestrzenną) radarów fal milimetrowych.
Można to modelować za pomocą złożonych czynników hik, gdzie faza jest określona przez opóźnienie czasowe, a norma reprezentuje tłumienie amplitudy.
Otrzymujemy macierz H, która łączy wektor wejściowy z wektorem wyjściowym. Odbiornik musi teraz odwrócić macierz H, aby odzyskać pierwotny wektor sygnału wejściowego S. Najważniejsze jest utrzymanie macierzy H w taki sposób, aby można było ją odwrócić. Jeśli jest liczba pojedyncza, MIMO nie będzie działać. Zwykle sygnały wejściowe S są wstępnie kodowane po stronie odbiornika, aby dokładnie to poprawić.