Når molekyler påvirkes av et ytre statisk magnetfelt B vil kjernene orientere seg med eller mot feltet. Kjernens magnetisk kvantetall bestemmer hvor mange energitilstander kjernene kan være i. Sammenhengen mellom og er gitt ved . For en kjerne med I = ½ blir dette to energitilstander, henholdsvis parallell (½) eller anti-parallell (-½). Kjernene vil fordele seg mellom disse to tilstandene i henhold til Boltzmanns fordelingslov.