在恒定磁場中的具有自旋的原子核受射頻輻射照射，射頻頻率等於原子核在恒定磁場中的進動頻率時產生的共振吸收譜。

　　簡史　核磁共振現象於1946年由E.M.珀塞耳和F.佈洛赫等人發現。目前核磁共振迅速發展成為測定有機化合物結構的有力工具。目前核磁共振與其他儀器配合，已鑒定瞭十幾萬種化合物。70年代以來，使用強磁場超導核磁共振儀，大大提高瞭儀器靈敏度，在生物學領域的應用迅速擴展。脈衝傅裏葉葉變換核磁共振儀使得13C、15N等的核磁共振得到瞭廣泛應用。計算機解譜技術使復雜譜圖的分析成為可能。測量固體樣品的高分辨技術則是尚待解決的重大課題。

　　原理　核自旋和核磁矩　實驗證明，質量數和電荷數均為偶數的核的自旋量子數I=0；質量數為奇數的核的自旋量子數為半整數；質量數為偶數，但電荷數為奇數的核的自旋量子數為整數；無自旋的核也無磁矩，不能發生核磁共振現象。對自旋量子數I≠0的核，根據量子力學原理，核自旋角動量的絕對值

，式中 h為普朗克常數。核磁矩 μ N＝ γ P，式中 γ為核的旋磁比，是核的特征常數。

　　在磁場中的原子核　在外加恒定磁場強度H作用下，核磁矩相對磁場有2I＋1個取向，稱塞曼分裂，代表有2I+1個能級。核一方面自旋，一方面取一定角度繞磁場轉動，稱拉摩爾進動，拉摩爾進動圓頻率ω＝γ│H│，因ω＝2πv（v為頻率），所以v＝γ|H|/2π。

　　核磁共振　如果在與H垂直的方向上再加一個頻率為v1的交變磁場H1，當H1的頻率等於拉摩爾進動頻率時（按經典力學的觀點），或者頻率為v1的磁場H1的電磁波能量等於兩個核能級的能量差 ΔE時（按量子力學的觀點），低能級的核就會吸收電磁波，躍遷到高能級，發生核磁共振。而這種能級間的躍遷要服從選擇定則，核磁共振的選擇定則是Δmi＝±1，mi為磁量子數。

　　橫向和縱向弛豫　無靜磁場時，在由眾多原子核組成的體系中，各原子核的磁矩作無規分佈，所以表征樣品單位體積內各原子核核磁矩矢量和的核磁化強度M為零。外加靜磁場H後，各原子核磁矩相對H有一定取向，並以相同拉摩爾頻率和不同的相位繞H進動，從而在平衡狀態時，其平行及垂直於H的核磁化強度分量分別為Μ〃＝Μ0和Μ⊥＝0。如受外界射頻電磁波的作用，使核磁化強度M偏離平衡，則Μ〃≠Μ0，Μ⊥≠0；外界作用停止後，Μ〃和Μ⊥會自動恢復平衡。對應於它們恢復平衡的過程分別稱為縱向及橫向弛豫。恢復的速率與它們偏離平衡的程度成正比，即：

　　

式中T1和T2分別為縱向及橫向弛豫時間。它對譜線寬度影響很大，按測不準原理Δv＝1/Δt，即譜線寬度與弛豫時間成反比。弛豫引起的譜線加寬是自然加寬，不能靠改進儀器使之變窄。固體樣品弛豫時間很短，所以譜線非常寬，要得到高分辨譜，須將樣品配成溶液。

　　化學位移　由於周圍化學環境不同，而使不同分子中或在同一分子的不同基團中的一給定核的共振峰發生位移的現象。前者稱分子間化學位移，後者稱分子內化學位移。化學位移起因於分子中電子對核的磁屏蔽作用。化學位移是相對某一參考標準來測量的，以無量綱的數δ表示。對質子和13C磁共振譜吸收峰的化學位移，參考標準通常都取四甲基矽的質子和13C的磁共振吸收峰的δ為零。化學位移是確定分子結構的一個重要信息，主要用於基團鑒定，各基團的化學位移具有一定的特征性。

　　使被研究物質的1H或13C磁共振譜中各峰產生位移，從而使重合的或彼此很靠近的峰分開，以便於解釋或獲得更多結構信息的試劑稱化學位移試劑。鑭系元素的絡合物（如七氟二甲基辛二酮合銪、七氟二甲基辛二酮合鐠）就具有這種功能，常稱鑭系位移試劑。

　　自旋－自旋耦合作用　高分辨核磁共振譜中常有精細結構。它起源於分子中原子核i與j的磁矩μi(或自旋角動量Ii)與μj(或Ij)的相互作用，一般稱之為核自旋－自旋耦合作用或簡稱自旋－自旋耦合作用，並可表示為Kijμiμj或JijIiIj。耦合作用的大小以自旋－自旋耦合常數Jij表示。精細結構譜線間的距離相等並為Jij，而且與外磁場強度無關。在簡單情況中精細結構譜線的相對強度作對稱分佈，並與多項式(a+b)n的系數成正比。如對有m個核i及n個核j的imjn體系，核i及核j的磁共振譜精細結構的譜峰數分別為(2nIj＋1)和(2mIi＋1)。由自旋－自旋耦合作用產生的譜線分裂現象叫自旋－自旋分裂。自旋－自旋分裂現象對結構分析很有用，可鑒定分子中的基團及其排列次序。

　　儀器　核磁共振譜儀(見彩圖)

核磁共振譜儀 有兩大類：高分辨核磁共振譜儀和寬譜線核磁共振譜儀。高分辨核磁共振譜儀隻能測液體樣品，譜線寬度可小於1赫，主要用於有機分析。寬譜線核磁共振譜儀可直接測量固體樣品，譜線寬度達 10 4赫，在物理學領域用得較多。高分辨核磁共振譜儀使用普遍，通常所說的核磁共振譜儀即指高分辨譜儀。

　　按譜儀的工作方式可分連續波核磁共振譜儀（普通譜儀）和傅裡葉變換核磁共振譜儀。連續波核磁共振譜儀（圖1）是改變磁場或頻率記譜，按這種方式測譜，對同位素豐度低的核，如13C等，必須多次累加才能獲得可觀察的信號，很費時間。

　　傅裡葉變換核磁共振譜儀（圖2），用一定寬度的強而短的射頻脈沖輻射樣品，樣品中所有被觀察的核同時被激發，並產生一響應函數，它經計算機進行傅裡葉變換，仍得到普通的核磁共振譜。傅裡葉變換儀每發射脈沖一次即相當於連續波的一次測量，因而測量時間大大縮短。

　　應用　核磁共振是有機化合物結構鑒定的一個重要手段，一般根據化學位移鑒定基團；由耦合分裂峰數、偶合常數確定基團聯結關系；根據各1H峰積分面積定出各基團質子比。核磁共振譜可用於化學動力學方面的研究，如分子內旋轉，化學交換等，因為它們都影響核外化學環境的狀況，從而譜圖上都應有所反映。核磁共振還用於研究聚合反應機理和高聚物序列結構。

　　1H譜、13C譜是應用量廣泛的核磁共振譜（見質子磁共振譜），較常用的還有19F、31P、15N等核磁共振譜。