W tradycyjnym systemie z fazowanym układem antenowym poprawa rozdzielczości przestrzennej wymaga dodawania kolejnych anten i powiązanego z nimi osprzętu. W radarze MIMO wiele anten nadawczych emituje wzajemnie ortogonalne sygnały, a przebiegi te można rozdzielić w każdym kanale odbiorczym za pomocą zestawu . Przykładowo, jeśli radar MIMO ma 3 anteny nadawcze i 4 anteny odbiorcze, to dzięki ortogonalności sygnałów nadawanych można z sygnału odbieranego wydzielić 12 torów sygnałowych. Oznacza to, że za pomocą cyfrowego przetwarzania sygnałów tworzony jest 12-elementowy wirtualny szyk antenowy, mimo że system wykorzystuje tylko 7 fizycznych anten. Dzięki temu można uzyskać wyższą rozdzielczość przestrzenną niż w odpowiadającym mu radarze z fazowanym układem antenowym.
Koncepcja wirtualnego szyku thumb|center|Schemat wirtualnego szyku
Na ilustracji pokazano system radarowy MIMO typu M×N. Załóżmy, że cel znajduje się w punkcie u, antena nadawcza znajduje się w punkcie , a antena odbiorcza znajduje się w punkcie . Sygnał odebrany na antenie odbiorczej można zapisać jako:
Jak wspomniano wcześniej, jeśli {, m=1, ..., M} jest zbiorem ortogonalnym, to z sygnału odebranego przez antenę odbiorczą można wydzielić M sygnałów.