スピン-格子緩和
下の準位のほうが上の準位より占拠数が増えるということは磁荷の分極そのものであり、古典的にはこれは磁気モーメントが歳差運動しながら磁場の方向へ分極していく経過を示していると考えても良い。このように磁場をかけても分極に遅れがあるため、交流磁場をかけると誘導される磁化は、磁場と同位相の成分と90°遅れた成分を持ち、それぞれの磁化率は周波数依存性を持つ。また電子スピン共鳴や核磁気共鳴では、吸収された電磁波のエネルギーはこの緩和によって格子という熱浴へ移動させられるので定常的に吸収を観測することが可能になる。
スピン格子緩和時間T1 は、スピン格子緩和を記述する現象論的表式
d M d t = − M − M 0 T 1 {\displaystyle {\frac {dM}{dt}}=-{\frac {M-M_{0}}{T_{1}}}}
によって定義される。一般にこの緩和はスピン-フォノン相互作用を通じて行われるが、低温ではフォノンの数が少ないため、1つのスピンが反転するときにフォノンを1つ放出する直接過程が主で、温度をT とするとT1 はT に比例する。高温ではスピンはすでに多く存在するフォノンと相互作用して別のフォノンを作るというラマン過程が支配的となり、物質にもよるがT あるいはT に比例する。そのほか温度に対し指数関数的に変化するオーバック過程もある。核スピンの場合は直接格子に緩和せず、まず電子系に緩和するが、便宜的にこの語が使われる。
スピン格子緩和時間T1 の測定には、交流磁化率の周波数依存性、電子スピン共鳴や核磁気共鳴幅、スピンエコーの方法などがある。