Наблюдается в сильном постоянном магнитном поле H 0 , на которое накладывается слабое радиочастотное магнитное поле H ^ H 0 . Резонансный характер явления определяется свойствами ядер, обладающих моментом количества движения 
и магнитным моментом:
m = g I. (1)
Здесь I — спин ядра, g — гиромагнитное отношение (величина, характерная для данного вида ядер), 
— Планка постоянная . Частота, на которой наблюдается ЯМР:
w0 = g H 0 . (2)
Для протонов в поле H0 = 104 э w/2p = 42,57 Мгц; для большинства ядер эти значения лежат в диапазоне 1—10 Мгц. Порядок величины резонансного поглощения определяется равновесной ядерной намагниченностью вещества (ядерным парамагнетизмом ): m0 = c0 H0 , где c0 — статическая ядерная восприимчивость.
ЯМР, как и другие виды магнитного резонанса , можно описать классической моделью гироскопа. В постоянном магнитном поле H0 пара сил, обусловленная магнитным моментом m, вызывает прецессию магнитного и механического моментов, аналогичную прецессии волчка под действием силы тяжести. Магнитный момент m прецессирует вокруг направления H 0 с частотой w0 = gH 0 , угол прецессии d остаётся неизменным (рис. 1 ). В результате воздействия радиочастотного поля H 1 резонансной частоты w0 угол d изменяется со скоростью gН 1 рад/сек , что приводит к значительным изменениям проекции m на направление поля H0 даже в слабом поле H 1 .
С квантовой точки зрения ЯМР обусловлен переходами между уровнями энергии взаимодействия магнитных дипольных моментов ядра с полем H 0 . В простейшем случае изолированных, свободных от других воздействий ядерных спинов, условие 
(m = I , I — 1,..., ..., — I ) определяет систему (2I + 1) эквидистантных уровней энергии ядра в поле H 0 . Частота w0 соответствует переходу между двумя соседними уровнями.
Представление об изолированных ядерных спинах является идеализацией; в действительности ядерные спины взаимодействуют между собой и с окружением, например кристаллической решёткой. Это приводит к установлению теплового равновесия (к релаксации ). Релаксационные процессы характеризуются постоянными T1 и T2 , которые описывают изменения продольной и поперечной составляющих ядерной намагниченности. Изменение первой связано с изменением энергии системы ядерных спинов в поле H 0 (спин-решёточная релаксация). Изменения поперечной составляющей определяются в основном внутренними взаимодействиями в самой системе спинов (спин-спиновая релаксация). Значения Ti лежат в пределах от 10-4 сек для растворов парамагнитных солей до нескольких ч для очень чистых диамагнитных кристаллов. Значения Ti
