磁场中所处的不同能量状态（磁能级）。原子核由质子、中子组成，它们也具有自旋现象。描述核自旋运动特性的是核自旋量子数I。不同的的核在一个外加的高场强的静磁场（现代NMR仪器由充电的螺旋超导体产生）中将分裂成2I＋1个核自旋能级（核磁能级），其能量间隔为?E。对于指定的核素再施加一频率为?的属于射频区的无线电短波，其辐射能量h?恰好与该核的磁能级间隔?E相等时，核体系将吸收辐射而产生能级跃迁，这就是核磁共振现象。
NMR谱仪就像高级的外差式收音机一样可接收到被测核的共振频率与其相应强度的信号，并绘制成以共振峰频率位置为横坐标，以峰的相对强度为纵坐标的NMR图谱。
