在射电天文学上被应用，尤其无线电波可以穿过对可见光是不透明的星际云等巨大星际介质区域。21公分波来自于1s基态氢原子的两个超精细结构之间。两个超精细结构能阶的能量不同，而量子的频率则是由普朗克关系式决定。
机制.天然氢原子由一个质子和一个环绕质子的电子组成。除了轨道运动以外，质子和电子都有自旋。经典的看法将氢原子看作月球绕地球公转，同时月球和地球又分别自转。但在量子力学和粒子物理学中自旋不由自转产生，电子轨道的概念也有很大区别。电子和质子的自旋可以是任一方向，相当于古典物理中物