プロトン核磁気共鳴
TMSは揮発性(英語版)であるため、サンプルを回収しやすい。しかし現在の分光器は測定溶媒に残存するプロトン(例えば99.99% CDCl3は0.01%のCHCl3を含む)をスペクトルの基準とすることができる。
重溶媒を使うと、NMRの磁場 B 0 {\displaystyle B_{0}} の自然なドリフトの影響を相殺するために重水素周波数-磁場固定(deuterium frequency-field lock、重水素固定あるいは磁場固定とも)を使うことができる。重水素固定を機能させるためには、NMRが溶媒の重水素からの信号の共鳴周波数を常に検知し、共鳴周波数を一定に保つために B 0 {\displaystyle B_{0}} を変化させる必要がある。さらに、ロックされる溶媒の共鳴周波数ならびにロック溶媒と0 ppm(TMS)との差はよく知られているため、重水素シグナルから0 ppmを正確に定義することができる。
多くの有機化合物に対するプロトンNMRのスペクトルの化学シフトは+14 ppm〜−4 ppmの間にあり、化合物は化学シフトとプロトン間のスピン-スピン結合によって特性づけられる。それぞれのプロトンの積分曲線は個々のプロトン数を反映している。
単純な分子のスペクトルは単純になる。クロロエタンのスペクトルは1.5 ppmに三重線、3.5 ppmに比が3:2の四重線を持つ。ベンゼンのスペクトルは環電流のため7.2 ppmにピークが1本だけ検出される。
炭素13核磁気共鳴と合わせてプロトンNMRは構造決定によく用いられる。
以下の表に示す化学シフトの値(記号δで表される)は精密ではないものの、特徴をよく表わしている。したがってこれらは主に参考値とみなされる。実際の測定値の表中の値からのズレは±0.2 ppmの範囲にあることが多いが、それより大きい場合もある。厳密な化学シフト値は分子構造や溶媒、温度、NMRの磁場、近接する官能基など様々な要素に影響される。水素原子核は、その水素が結合している原子の軌道混成や電子的効果(英語版)に対して敏感である。原子核は電子求引性基によって脱遮蔽されやすい。脱遮蔽された原子核はより高い化学シフト値を示すが、遮蔽されたままの原子核はより低い化学シフト値を示す。
電子求引性の置換基として-OH、-OCOR、-OR、-NO2、ハロゲンなどがある。これらの官能基はCα上のH原子で2–4 ppm、Cβ上の水素原子で1–2 ppmの化学シフトを引き起こす。