Kaikilla magneettisoluilla on ominaisuus, jota kutsutaan ydinmagneettiseksi resonanssiksi tai NMR: ksi, kun ne ovat magneettikentän sisällä ja kun tietyt muut ehdot täyttyvät. Näiden periaatteiden mukaisesti on kehitetty erilaisia tekniikan tyyppejä. Näitä ovat erityyppiset lääketieteelliset kuvantaminen ja spektroskopia.
Ydinmagneettinen resonanssi riippuu siitä, että kun värähtelevää sähkömagneettista pulssia kohdistetaan magneettikentän sisällä oleviin ytimiin, yksittäiset ytimet absorboivat energiaa ja vapauttavat sen sitten tietyissä kuvioissa. Energian imeytymis- ja vapautumismalli riippuu magneettikentän voimakkuudesta sekä tietyistä muista muuttujista. Tutkimalla näitä malleja fyysikot pystyvät tutkimaan atomiytimien kvanttimekaanisia ominaisuuksia. Kemistit voivat käyttää NMR-tekniikkaa tutkiakseen näytteiden kemiallista ja rakenteellista koostumusta, ja lääketieteessä ydinmagneettinen resonanssitekniikka on perusta usein käytetyille lääketieteellisille kuvantamislaitteille.
Kaikki NMR -tekniikka perustuu myös spin -ominaisuuteen. Kun määritetään, onko tietyllä atomisydämellä spin, atomin nukleonien lukumäärä lasketaan. Nukleoni on protonien ja neutronien kollektiivinen nimi. Jos ytimen protonien ja neutronien lukumäärä on pariton luku, ytimien spin -määrä on suurempi kuin nolla. Siksi ytimellä sanotaan olevan spin -ominaisuus. Mikä tahansa ydin, jossa on spin, voidaan tutkia käyttämällä NMR -tekniikkaa.
Ydinmagneettisen resonanssin spektroskopiassa käytetään ydinmagneettisen resonanssispektrometrin nimistä konetta tietojen saamiseksi tietyn näytteen ytimien tyypistä, lukumäärästä ja järjestelystä. Esimerkiksi kemisti voi analysoida NMR -spektriä ja antaa tietoa näytteessä olevista erityyppisistä kemikaaleista sekä läsnä olevien eri molekyylien rakenteesta. NMR -spektroskopia on esimerkiksi auttanut ymmärtämään nukleiinihappojen ja proteiinien rakennetta ja antaa myös vihjeitä näiden molekyylien toiminnasta.
Ydinmagneettisen resonanssikuvauksen perusta on se, että eri molekyylien resonanssitaajuus on verrannollinen niihin kohdistuvan magneettikentän voimakkuuteen. Kun näyte sijoitetaan värähtelevään magneettikenttään, näytteen ytimien resonanssitaajuudet vaihtelevat riippuen siitä, missä ne sijaitsevat kyseisessä kentässä. Näitä muunnelmia voidaan sitten käyttää kuvan muodostamiseen itse näytteestä.
Lääketieteessä tämä tekniikka tunnetaan yleisesti magneettikuvauksena tai MRI: nä. Tämä lääketieteellinen kuvantamislaite käyttää magneettikenttiä kohdistaakseen vedessä olevat vetyatomit. Koska ihmiskeho sisältää suuren osan vettä, vetyatomien kohdistaminen tällä tavalla tuottaa tarpeeksi tietoa kehon sisäisen rakenteen muodostamiseksi. Pyöräytyminen on tärkeä käsite tässä tekniikassa. Tämä johtuu siitä, että vetyatomit, joilla on spin, reagoivat eri tavalla magneettikenttiin riippuen siitä, mihin muihin molekyyleihin ne ovat sitoutuneet, ja jopa niiden molekyylityyppien lähelle.
NMR -tekniikalla on monia muita teoreettisia ja käytännön sovelluksia. Öljy- ja maakaasuteollisuus käyttävät NMR -tekniikkaa maapallon etsimiseen näiden polttoaineiden kerrostumien löytämiseksi. Yksi NMR -tekniikan merkittävimmistä käyttötavoista näytteiden tutkimisessa on, että se tehdään tuhoamatta näytettä. Tämä tarkoittaa, että NMR -testit voidaan suorittaa näytteille, jotka ovat herkkiä tai vaarallisia ja joilla on paljon pienempi riski.