元素周期表中絕大多數元素都有核自旋和核磁矩不為零的同位素。這些核在恒定磁場 B和橫向高頻磁場bo（ω）的同時作用下，在滿足ωN=γNB 的條件下會產生核磁共振（γN為核磁旋比），也可在恒定磁場B突然改變方向時，產生頻率為ωo=γB、振幅隨時間衰減的核自由進動，它在某些方面與核磁共振有相似之處。在固體中，核受到外加場Be和內場Bi的作用，使共振譜線產生微小的移位（約0.1%～1%），在金屬中稱為奈特移位，在一般化合物中稱為化學移位，在序磁材料中由于核外電子的極化會產生約1～10T的內場，稱為超精細作用場。這些移位和內場反映核周圍化學環境（指電子組態和原子分布等）的影響。研究核磁共振中的能量交換和轉移的弛豫過程，包括核自旋－自旋弛豫和核自旋－點陣弛豫兩種過程，也反映化學環境的影響。因此，核磁共振起著探測物質微觀結構的微探針作用。核磁共振已成為研究各種固體（包括無機、有機和生物大分子材料）的結構、化學鍵、相變和化學反應等過程的重要方法。新發展的核磁共振成像技術不但與超聲成像和X射線層析照相有相似的功能，而且還可能顯示化學元素和弛豫時間的分布。