В конце 1945 года двум группам американских физиков под руководством Ф. Блоха и Э. М. Парселла были получены сигналы ядерного магнитного резонанса. За это открытие они в 1952 году были удостоены Нобелевской премии. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) – это современный метод исследования строения вещества, состоящий в резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом ядер. Отсюда вытекает очевидное название явления: ядерный – речь идет о системе ядер, магнитный – имеются в виду только их магнитные свойства, резонанс – само явление носит резонансный характер. Явление ЯМР можно наблюдать на ядрах веществ, содержащих в своём составе атомы с ядрами, имеющими отличное от нуля ядерное спиновое квантовое число, например, ¹H, ¹⁹F, ¹²С и ¹³С, ³¹P, ¹¹B, ¹⁷O, ⁵⁹Co, ¹⁴N, ³⁵Cl.

ЯМР основывается на квантово-механических магнитных свойствах ядра атома. При помещении образца в сильное магнитное поле магнитные энергетические уровни ядер расщепляются (аналогично расщеплению электронных уровней в магнитном поле). Энергетические уровни возникают за счет взаимодействия магнитных моментов ядер с внешним магнитным полем. Редуцированная схема экспериментальной установки для наблюдения явления ЯМР показана на рис. 1.

На выходе на регистрирующем устройстве получается спектр (рис. 2).

Отношение заселенности уровня к можно найти по формуле:

где k – постоянная Больцмана (1,38 ∙10^-23Дж/К), T – температура, ΔE – разность энергий между уровнями. Эта разность определяется соотношением
где g_n (же-фактор) – ядерный же-фактор (5,5855 для протона), μ_n – ядерный магнетон, B – индукция внешнего магнитного поля. Уравнение (2) является условием резонансного поглощения.

Методы спектроскопии ЯМР широко применяются при структурных исследованиях в физике, химии, биологии. В частности, методы спектроскопии ЯМР применяются для идентификации соединений, количественного и качественного анализ различных веществ, исследования строения молекул, изучения механизма химических реакций, структуры твердых тел, исследования строения вещества, его молекулярной структуры, характера химических связей, межмолекулярных взаимодействий и различных форм внутреннего движения. Спектроскопия ЯМР применяется в медицине в виде магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая является методом визуализации для клинической диагностики.