A ressonância magnética nuclear (NMR) baseia-se na medição de absorção radiação de radiofrequencia por um núcleo em um campo magnético forte. A absorção da radiação faz com que o spin nuclear se alinhe ou gire em direção à maior energia. Após absorver energia, os núcleos remeterão radiação RF e voltarão ao estado de energia mais baixo.
O princípio da NMR se baseia em que os núcleos com número ímpar de prótons, nêutrons ou ambos terão um spin nuclear intrínseco. Quando um núcleo com um spin nuclear diferente de zero é colocado no campo magnético, o spin nuclear pode alinhar-se na mesma direção ou em direção oposta ao campo. Estes dois alinhamentos de spin nucleares têm diferentes energias, e a aplicação de um campo magnético produz a degeneração dos spins nucleares. Um núcleo que possui seu spin alinhado com o campo terá uma energia mais baixa que quando seu spin estiver alinhado em direção oposta ao campo.
A energia de uma transição NMR depende da força do campo magnético, um fator de proporcionalidade para cada núcleo chamado relação magnetogyric. O ambiente local ao redor do núcleo em uma molécula perturbará levemente o campo magnético local exercido sobre o núcleo e afetará sua energia exata de transição. Esta dependência da energia de transição na posição de um átomo, em particular em uma molécula, faz com que a espectroscopia NMR seja de muita utilidade para determinar a estrutura de moléculas.
A espectroscopia NMR é uma das ferramentas mais poderosas para elucidar a estrutura de espécies orgânicas e inorgânicas. Também foi comprovado que é útil para a determinação quantitativa de espécies de absorção.