根據量子力學原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數值由原子核的自旋量子數決定，實驗結果顯示，不同類型的原子核自旋量子數也不同：

  質量數和質子數均為偶數的原子核，自旋量子數為0

  質量數為奇數的原子核，自旋量子數為半整數

  質量數為偶數，質子數為奇數的原子核，自旋量子數為整數

  目前只有自旋量子數等于1/2 的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經常為人們所利用的原子核有: 1H、 11B、 13C、 170、 19F、31P。由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時，會由自旋產生一個磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉，這一現 象類似陀螺在旋轉過程中轉動軸的擺動，稱為進動。進動具有能量也具有一定的頻率。原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質決定，也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。