펄스 기반의 테라헤르츠 시스템에서는 TOF(Time of Flight) 방식을 사용하여 3차원 영상을 구현한다. 이 방식은 층상구조를 지닌 3차원 물체를 투과한 펄스 혹은 물체에서 반사된 테라헤르츠 펄스가 각각의 층상구조의 경계면에서 반사됨에 따라 시간상으로 분리되는 현상을 이미징에 이용한다. 펄스의 시간적 분리량은 굴절률과 두께 등 물체의 특성과 구조에 의해 결정되므로, 테라헤르츠 펄스의 시간적 분리 형태로부터 물체의 3차원 정보를 얻을 수 있다(그림 4 참조). 통상 이 방식으로 수십 μm 이하의 축 방향 분해능을 얻을 수 있다. 그러나 이 방식은 비싸고 부피가 큰 펨토초 레이저를 사용하므로 실생활에 응용하기에는 한계가 있다.
펄스가 물체 층상구조 경계면에 투과, 반사 후 시간적 분리되어 3차원 정보를 표현하는 테라헤르츠 시스템은 매우 작은 축 방향 분해능이 얻어지나 펨토초 레이저가 크고 비싸 상용화가 힘들다.