طیف بینـی رزونانـس مغناطیـس هسـته ای مشـابه آنچـه در روش تصویربـرداری رزونانـس مغناطیسـی بکار رفتــه بــر پایــه تابــش امــواج الکترومغناطیــس در ناحیــه امــواج رادیویــی بنــا شده اســت. در طیف ســنجی NMR،هســته اتــم بــه جــای الکترون هــای بیرونــی کــه در بیشــتر روش هــای طیف ســنجی دیگــر دخیــل هســتند، در فراینــد جــذب درگیــر اســت. وقتــی هســته اتــم در میــدان مغناطیســی قــرار میگیــرد و انــرژی مــورد نیــازبه منظـور رزونانـس را توسـط امـواج رادیویـی دریافـت میکنـد، اسـپین هسـته اتـم ضمـن انتقـال تغییـر میکنـد و پدیــده رزونانــس هســته ای رخ میدهــد.
هســته اتم هایــی در روش NMR قابــل اســتفاده و آنالیــز هســتند کــه دارای عـدد اتمـی، عـدد جرمـی یـا هـر دو فـرد باشـند. از جملـه هسـته هـای مهـم کـه دارای ایـن قابلیـت هسـتند میتـوان بـه هیـدروژن، کربـن13 و فسـفر31 اشـاره کـرد. درطیف سـنجی رزونانـس مغناطیـس هسـته ای مشـابه روش پزشــکی MRI از امــواج رادیویــی بــرای تصویربــرداری اســتفاده میکنــد، لــذا برخــلاف دیگــر روش های طیف ســنجی تخریــب نمونــه و آســیب های احتمالــی بــه اپراتــور بــه حداقــل میرســد. به طــور معمــول بیشــتراندازه گیری هــای NMR بــرای هســته پروتــون 1H انجــام میشــود و اندازه گیــری ســایر هســته ها بیشتر با اســتفاده از روش هــای افزایــش ســیگنال به منظــور مشــاهده طیــف، انجــام میشــود. به طــور معمــول از میــان هسـته هایی بـا فراوانـی نسـبی پاییـن کـه رزونانـس مغناطیـس هسـته را نشـان میدهنـد، 13C و 15N بـا توجـه بـه حضـور در سـاختارهای دارویـی و زیسـتی بیشـتر مـورد توجـه شـیمیدان ها قـرار دارد. نامگـذاری دسـتگاه های تجــاری نیــز براســاس قــدرت میــدان مغناطیســی و در نتیجــه فرکانــس رزونانســی پروتــون صــورت میگیــرد؛ به عنــوان مثــال، یــک دســتگاه 500 MHz NMR یعنــی قــدرت میــدان مغناطیســی آن (11/7 تســا) ســبب رزونانــس پروتونهــا در حــدود 500 مــگا هرتــز خواهــد شــد.
بــرای آنالیزهــای HNMR نمونــه بایــد در حلالـی فاقــد پروتــون حــل شــود. بــرای اســتفاده از حلال هــای دیگــر، حــلال بــه کار بــرده شــده بایــد دوتریــومدار باشــد، یعنــی بــه جــای هیــدروژن مولکــول حــلال، اتم هــای دوتریـوم قـرار گرفتـه باشـد. سـل نمونـه شـامل یـک لولـه شیشـ های اسـتوانه ای بـه قطـر 5 میلیمتـر اسـت کـه معمـولا حـدود 4 میلیمتـر از نمونـه در آن قـرار داده میشـود. سـل نمونـه سـپس در فضـای دو قطـب آهنربـا قــرار میگیــرد. وقتــی نمونــه وارد دســتگاه میشــود، یــک جریــان ســریع هــوا محفظــه نمونــه را می چرخانــد تــا نمونــه یکنواخت تــری بــرای بررســی آمــاده شــود. ضمــن ایــن کــه بــا چرخــش نمونــه حــول محــور خــود تمــام قســمت های محلــول، میــدان مغناطیســی بــه نســبت یــک نواختــی را احســاس میکننــد.
زمانــی کــه نمونــه درداخــل مگنــت یــا میــدان مغناطیســی قــرار میگیــرد، ابتــدا نمونــه در معــرض امــواج رادیویــی قــرار میگیــرد، ســپس ایــن امــواج رادیویــی توســط گیرنــده رادیویــی خاصــی دریافــت میشــود و بــا الگوریتــم تبدیــل فوریــه رمزگشــایی انجــام شــده و زبــان هســته بــه زبــان قابــل فهــم تبدیــل میشــود. به طــور کلــی، NMR و MRI بــه دلیــل اســاس و ماهیــت روش مــورد اســتفاده یکســان هســتند. در رزونانــس مغناطیــس هســته ای بــه جــای تولیــد تصویــر کــه خروجــی روش MRI اســت، یــک طیــف تولیــد میشــود کــه از دو محــور افقــی وعمــودی تشـکیل شده اسـت؛ محـور افقـی بیانگـر جابجایـی شـیمیایی و محـور عمـودی شـدت سـیگنال حاصـل از میـدان مغناطیســی را نشــان میدهــد کــه در آن میتــوان بــا کمــک پیک هــای بدســت آمــده گروه هــای شــیمیایی و متابولیــت مختلــف را تشــخیص داد.