根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：

  质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0

  质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数

  质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数

  目前只有自旋量子数等于1/2 的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有: 1H、 11B、 13C、 170、 19F、31P。由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现 象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。