için kullanılır. Farklı Fonksiyonel gruplar açıkça ayırd edilebilir ve aynı fonksiyonel gruplar ile ayrı komşu guruplar hala ayırt edici sinyaller verir. NMR büyük ölçüde geleneksel ıslak kimyada renk belirteçlerini tanımlamakta kullanılır. Bir dezavantajı  bu nispeten büyük miktarda, 2–50 mg, o yeniden elde etmek, ancak saf bir madde gereklidir. Tercihen, NMR analizi katı bir özel MAS makine gerektirir ve eşit derecede iyi çözülmüş spektra vermeyebilir çünkü örnek bir çözücü içinde çözünmüş. NMR zaman ölçeği nispeten uzundur ve bu nedenle sadece ortalama spektrumlar için üretilmişlerdir, hızlı olayları gözlemlemek için uygun değildir. Çoğunlukla büyük miktarda yabancı maddeleri NMR spektrumu göstermesine rağmen, NMR doğal olarak çok hassas olmadığı için bu maddeleri tanımlamak için daha iyi teknikler vardır. 

NMR Spektroskopisi pahalı olmasından ötürü genellikle üniversitelerde bulunmaktadır, özel şirketler de yaygın olarak kullanılmamaktadır. Modern NMR spektroskopiler oldukça güçlü, geniş ve pahalı sıvı helyum soğutmalı süper iletken mıknatısa sahiptir, çünkü içerisindeki maddenin çözünürlüğü manyetik alanın kuvvetine bağlıdır. Daha ucuz olan versiyonları, reaksiyon gözlemleme ve örnekleri hızlı tespit etmek için yeterli performansı sağlayan yerleşik mıknatıslar ve daha az çözünürlük kullanırlar.

1940'ların sonu ve 1950'lerin başında birbirlerinden bağımsız olarak Harvard Üniversitesi'nden Purcell grubu ve Stanford Üniversitesi'nden Bloch grubu NMR spektroskopisini geliştirmişlerdir. Bu çalışmalarından dolayı Dr. Edward Mills Purcell ve Dr. Felix Bloch 1952 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşmışlardır.

Bir manyetik alanın içine yerleştirildiğinde NMR aktif çekirdekleri (H ya da C gibi) elektromanyetik radyasyonu izotopun karakteristiğinin frekansında absorbe ederler. Bu yankılanma frekansı, emme enerjisi ve sinyallerin yoğunluğu manyetik alanın büyüklüğüyle orantılıdır. Örneğin 21 tesla manyetik alanı içerisinde protonlar 900 MHz ile yankılanırlar. It is common to refer to a 21 T magnet as a 900 MHz magnet, although different nuclei resonate at a different frequency at this field strength in proportion to their nuclear magnetic moments.

Dönen bir yük dönmesiyle orantılı olarak manyetik momentum kazanır, bunun sonucunda manyetik bir alan oluşturur. Dışarıdan bir manyetik alanın varlığında iki spin durumu gerçekleşir (her bir nukleus için 1/2 spin): bir spin yukarı diğer spin aşağı yönlüdür, biri manyetik alanı beslerken diğeri ona zıt yönlüdür. Manyetik alanın gücü arttıkça bu iki spin arasındaki enerji farkı artar. Ancak, bu iki spin arasındaki fark çok küçüktür ve güçlü bir NMR mıknatısına (1-20T) ihtiyaç duyulur. Irradiation of the sample with energy corresponding to the exact spin state separation of a specific set of nuclei will cause excitation of those set of nuclei in the lower energy state to the higher energy state.

Manyetik alanın kuvveti tarafından oluşturulan iki spin arasındaki enerji farkı atom çekirdeklerinin manyetik momentumuyla orantılıdır.Bütün protonlar aynı manyetic momentuma sahip olsalar bile, aynı frekans değerinde resonant sinyaller vermezler. Bu fark atom çekirdeklerinin farklı elekronik çevrelerle etkileşiminden doğar.   Harici manyetik alanın uygulanması üzerine, bu elektronlar alana tepki olarak hareket eder ve daha güçlü uygulanan alana karşı durmak için yerel manyetik alanlar oluşturur. This local field thus "shields" the proton from the applied magnetic field, which must therefore be increased in order to achieve resonance (absorption of rf energy). Bu artışlar çok küçüktür ve genellikle her milyon da ppm'dir.  Örneğin bir ladehit protonu Ca'ya kaydırılırsa,hidrokarbonların zirvesine onrala 10ppm olur çünkü  elektron çeken grup elektronun yoğunluğunu azaltır. 2.3487T ile 2.3488 T arasındaki fark yaklaşım 42ppm'dir. However a frequency scale is commonly used to designate the NMR signals, even though the spectrometer may operate by sweeping the magnetic field, and thus the 42 ppm is 4200 Hz for a 100 MHz reference frequency (rf).

Ancak konumu verilen farklı NMR sinyalleri dışarıdan etki eden manyetik alanın kuvvetine ve referans frekansına bağlıdır, bu sinyaller genellikle referans sinyal ile ilişkili olarak rapor edilir. Ek olarak,  NMR sinyallerinin dağılımı alana bağlı olduğu için bu frekanslar spektrometre frekansı tarafından ayrılır. Ancak hertz megahertz tarafından bölündüğü için, sonuç çok küçük olur ve milyon ile çarpılır.  Çıkan bu sonuç kimyasal kayma olarak adlandırılan bir yer belirleyici verir.  Böyle küçük frekans farklılıkları tespit etmek için uygulanan manyetik alan örnek hacmi boyunca sabit olmalıdır. Yüksek çözünürlüklü NMR spektrometreleri birkaç santimetre küplük bir hacme milyar (ppb) başına parça manyetik alan homojenliği ayarlamak için ışık kullanılabilir. Genel olarak protonlar için kimyasal kayma tahmin edilebilir çünkü kaymalardaha önce basit perdeleme etkisi kullanılarak belirlenir ama ağır çekirdekler için kimyasal kaymalar daha küçlü başka faktörler tarafından etkilenir(paramanyetik vb.)

Paramanyetik NMR spektroskopisinde ölçümler paramanyetik numuneler üzerinde yapılmaktadır. Paramanyetizma çok farklı kimyasal kaymalar meydana getirir 1H NMR spektroskopisi olarak, kimyasal kayma aralığı 500 ppm'e kadar yayılabilir.

Moleküller oda sıcaklığında oldukları için üç metil proton NMR deneyi sırasında ortalaması hesaplanır. Bu protonlar dejenere olurlar ve aynı kimyasal kayma da bir zirve formu alırlar.

Bu zirvelerin şekli ve alanı indikatörlerin kimyasal yapısıyla aynıdır. Yukarıdaki ethanol'ün proton spektrumu örneğinde CH  zirvesi OH zirvesinden üç kat daha fazla alana sahiptir. Benzer şekilde CH zirvesi OH zirvesinin iki katıdır ama CH'ün 2/3 katıdır.

Yazılımlar optimal gevşeme koşullarında zirvelerin sinyal yoğunluğunu analiz etmeye izin verir. Sinyal yoğunluğunun analizi integral ile sağlanır. Analizci zirveyi integrallemek zorundadır onun yüksekliğini ölçemez çünkü zirve aynı zamanda bir genişliğe sahiptir. Zirvenin boyutu onun yüksekliğine değil alanına bağlıdır. Ancak bulunan diğer çekirdekler veya proton sayısı belirtilmelidir çünkü tek boyuttaki NMR deneylerinde yoğunlukla orantılıdır. Daha ayrıntılı deneylerde, örneğin, genellikle Karbon-13 NMR spektrumlarını almak için kullanılan deneyler de sinyallerin integrali çekirdeğinin gevşeme hızına, skaler ve dipolar eşleme sabitlerine bağlıdır. Çoğu zaman, bu faktörler iyi bilinmemektedir, bu nedenle NMR sinyalin integralinin daha karmaşık NMR deneylerinde yorumlanması zordur.

Tek boyutlu NMR spektrumunda yapı tayini için en yararlı bilgilerin bazıları J-bağlama veya skaler bağlamadan gelen. Bu birleştirme bir molekülün kimyasal bağlarındaki farklı spin durumlarının etkileşiminden meydana gelir ve NMR sinyallerinin bölünmesinin sonucudur. Bu bölünme modelleri karmaşık ya da basit olabileceği gibi açıkça yorumlanabilecek şekilde veya aldatıcı da olabilir. Bu birleştirme, bir moleküldeki atomlarının içindeki bağlantı hakkında ayrıntılı fikir edinmenizi sağlar.

"n"  eşdeğerliğin (spin ½) de birleşen çekirdekler  yoğunluğu Pascal Üçgenin de bahsedildiği gibi olan sinyalleri n+1 çoklu yapısının içine böler. Ek spinlerin birleşmesi her bir çoklu yapının bileşenleri içinfazladan dönüşe izin verecektir; örneğin iki farklı spinde önemli derece de farklı eşleşme sabitine sahip çekirdeklerin birleşmesi dubletin dubletine izin verir. Kimyasal eş değerlikteki çekirdek çiftleri arasındaki birleşme NMR spektrası üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir ve çiftler için çekirdekler arasındaki mesafe (genellikle protonlar hariç esnek moleküllerde bağlar üçten fazladır) gözlemlenebilir ayrışmadan dolayı çok küçüktür. Üçten fazla bağa sahip uzun menzil birleşmeleridaha kompleks ayrılmalara izin veren halkalı ve aromatik birleşenler halinde sıklıkla gözlenebilir.

Örneğin, proton spektrumun da, etanol için yukarıda tarif edilen CH grubu komşusu CH2 protonları tarafından 1:2:1: yoğunluk oranıyla bölünmüştür. Benzer şekil de Similarly, CH komşusu CH3 protonları tarafından 1:3:3:1 yoğunluk oranıyla bölünmüştür. Prensip olarak CH protonları hidroksil protonları tarafından dörtlü dublet formu oluşturmak için tekrar dublet olarak bölünmüşlerdir fakat hidroksil asidin moleküler içi proton değişim bilgi kaybıyla sonuçlanmaktadır.

Bağ sabiti çok farklı olabilmesine rağmen, Fosfor-31 ya da Flor-19 gibi herhangi bir yarı spinli atom çekirdeği çalışabilir. Ama ayırma modelleri yukarıda bahsedilen çekirdekler için 1/2'den büyüktür çünkü kuantum spin numarası ikiden fazla değere sahiptir. Örneğin ağır hidrojen (spin 1 çekirdek) çiftlerinde sinyaller 1:1:1 üçlüsü şeklinde bçlünür çünkü bu spin 1 3 spin durumuna sahiptir. Benzer şekilde spin 3/2 çekirdekler sinyalleri 1:1:1:1 dörlüsünün içine bölerler. 

Kimyasal kayma ile birleştirilmiş çiftler sadece çekirdeğin kimyasal çevresi hakkında değil molekülün içindeki NMR aktif çekirdeğinin komşularının sayısı hakkında da bize bilgi verir.  Kompleks spektraların içinde benzer kimyasal kaymalarda çoklu zirveler veya In more complex spectra with multiple peaks at similar chemical shifts or in spectra of nuclei other than hydrogen, coupling is often the only way to distinguish different nuclei.
Yukarı da bahsedilen varsayımlar da eşitsiz spinler arasındaki NMR frekanslarındaki fark ile karşılaştırıldığında eşleşme sabiti küçük. Eğer kayma ayrımı azalır ise ya da bağlanma uzunluğu artar ise çoklu yoğunluk modelleri ilk olarak bozulur ve daha kompleks, kolay analiz edilebilen hale gelir, özellikle ikiden fazla spinin varlğında. Zirvelerin altındaki alan sabit kalmasına rağmen bir çoklu yapının zivelerinin yoğunlaştırılması çoğu zaman arka plan gürültüsünün kaybolmasını sağlar. En yüksek NMR alanında ise bozulmalar genellikle azdır ve karakteristik bozulmalar alakalı zirveleri tespit etmeye yardım edebilir.

Kapsamı sınırlı olsa da bu modellerin bazıları, John Pople tarafından yayınlanan yöntemi ile analiz edilebilir

İkinci mertebeden etkileri çoklu yapılar arasındaki frekans farkının artmas