Всі елементарні частинки, тобто все, з чого ми складаємося, є маленькими магнітиками - це і протон, і нейтрон, і електрон. Таким чином, ядра, складені з протонів і нейтронів, також можуть мати магнітний момент. Природа магнітного моменту квантова. Але якщо спробувати проілюструвати її в більш зрозумілому класичному вираженні, поведінку ядра схоже на поведінку маленького обертового магнітика. Таким чином, якщо у нас немає зовнішнього магнітного поля, то такий магніт може бути орієнтований в будь-якому напрямку. Як тільки ми докладаємо зовнішнє магнітне поле, то ядро, що володіє магнітним моментом, як будь-який магніт, починає відчувати це магнітне поле, і якщо його спіновий число дорівнює ½, то з'являються два напрямки його переважної орієнтації: у напрямку і проти напрямку магнітного поля. Ці два стани розрізняються по енергії, і ядро, наприклад протон, може переходити з одного стану в інший. Така зміна його орієнтації щодо зовнішнього магнітного поля супроводжується поглинанням або виділенням кванта енергії. Енергія ця дуже мала. Квант енергії лежить в області радіочастотних випромінювань. І саме ця дещиця енергії - одне з неприємних властивостей методу ядерного магнітного резонансу, оскільки вона визначає близькість заселенностей нижнього і верхнього рівнів. Але тим не менше, якщо ми подивимося на ансамбль таких ядер, тобто на речовина, яке ми помістили в магнітне поле, з'являється досить велика кількість магнітних моментів, спрямованих вниз і вгору, і між ними виникають переходи. Таким чином, ми можемо реєструвати ці переходи і вимірювати властивості, пов'язані з ними.
Оскільки квант енергії при переході з одного рівня на інший залежить тільки від магнітних властивостей досліджуваного ядра і від величини зовнішнього магнітного поля, то так звана частота магнітної прецесії, або ларморовой частота, є фактором цих двох складових. Однак насправді магнітне поле, яке оточує ту чи іншу ядро, нерівно тому магнітному полю, яке ми доклали до нього, помістивши досліджуваний об'єкт в магніт нашого спектрометра. Крім зовнішнього магнітного поля потрібно врахувати і локальні магнітні поля, які наводяться, наприклад, рухом електронів навколо ядер, дією сусідніх ядер, таких же магнітів, здатних індукувати локальні магнітні поля, тощо. Таким чином, кожне ядро, що знаходиться в різній частині молекули, має зовсім різне ефективне магнітне поле, яке оточує це ядро. В результаті ми можемо реєструвати не поодинокий резонанс, а їх набір, тобто спектр ядерного магнітного резонансу. Відносна резонансна частота виражається, як правило, в мільйонних частках по відношенню до величини зовнішнього магнітного поля. Цей параметр є стабільною величиною, що не залежить від значення зовнішнього магнітного поля, але яка визначається електронними властивостями досліджуваної молекули.