飽和感度領域に達する磁界強度で、磁界の方向を検出する原理を利用したAMRセンサの強磁性薄膜金属の形状を、図17に示します。横方向に形成された強磁性薄膜金属エレメント（R1）と縦方向のエレメント（R2）が直列に結線した形状になります。この配置を垂直タイプと呼びます。

水平方向（X方向）の磁界が印加された場合、エレメント（R1）は最大の抵抗値を示し、エレメント（R2）は最小の抵抗値を示します。図17のように飽和感度領域に達する磁界強度を印加し、その磁界の方向をYに対して角度変化θを与えた場合、抵抗値R1とR2は次式で与えられます。

R₁=R₀-∆Rsin² θ…（4）
R₂=R₀-∆Rcos² θ…（5）

このAMRセンサの等価回路（ハーフブリッジ）を図18に示します。
出力Voutは次式で与えられます。

（6）式に（4）、（5）式を代入し整理すると

（7）式が成立します。

図19のようにエレメントを形成すれば一般的に知られているホイートストン・ブリッジの構成となります。

さらに、運動方向の情報を得る為には、図21で示すaとb若しくはaとdの位置に、2つの垂直タイプAMRセンサを配置し、２出力を得れば良い事になります。あるいは、図22のように2つの垂直タイプAMRセンサを用い、一方のセンサを45°傾け、それらを重ねて配置する方法もあります。この配置は、任意の着磁ピッチλに対して常に1／4周期（90°）の位相差を持った２出力を得ることができる利点があります。

しかしながら2つのセンサの配置には、機械的位置合わせと、センサの個体差（特性）という問題点があります。これらの問題を解消するAMRセンサを図23で示します。2組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに45°傾け、1つの基板上に形成します。これにより問題は解消され1つのAMRセンサで精度の良い正弦波、余弦波の２出力が可能となります。

また、図24のようにセンサのエレメントの延伸方向に対して45°にバイアス磁界を掛けることがあります。この時、周期は半減されホール素子と同様に極（N、S）の判別が可能となります。バイアス磁石の磁界強度は、飽和感度領域に入る強度と同程度の強度が理想的です。