核磁共振現象來(lái)源于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場(chǎng)作用下的運動(dòng)。根據量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數值由原子核的自旋量子數決定，實(shí)驗結果顯示，不同類(lèi)型的原子核自旋量子數也不同：質(zhì)量數和質(zhì)子數均為偶數的原子核，自旋量子數為0；質(zhì)量數為奇數的原子核，自旋量子數為半整數；質(zhì)量數為偶數，質(zhì)子數為奇數的原子核，自旋量子數為整數。迄今為止，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(jīng)常為人們所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P。

　　由于原子核攜帶電荷，當原子核自旋時(shí)，會(huì )由自旋產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)量成正比。將原子核置于外加磁場(chǎng)中，若原子核磁矩與外加磁場(chǎng)方向不同，則原子核磁矩會(huì )繞外磁場(chǎng)方向旋轉，這一現象類(lèi)似陀螺在旋轉過(guò)程中轉動(dòng)軸的擺動(dòng)，稱(chēng)為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)具有能量也具有一定的頻率。原子核進(jìn)動(dòng)的頻率由外加磁場(chǎng)的強度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說(shuō)，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場(chǎng)中，其原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率是固定不變的。原子核發(fā)生進(jìn)動(dòng)的能量與磁場(chǎng)、原子核磁矩、以及磁矩與磁場(chǎng)的夾角相關(guān)，根據量子力學(xué)原理，原子核磁矩與外加磁場(chǎng)之間的夾角并不是連續分布的，而是由原子核的磁量子數決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級。當原子核在外加磁場(chǎng)中接受其他來(lái)源的能量輸入后，就會(huì )發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場(chǎng)的夾角會(huì )發(fā)生變化。這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎。為了讓原子核自旋的進(jìn)動(dòng)發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過(guò)外加射頻場(chǎng)來(lái)提供的。根據物理學(xué)原理當外加射頻場(chǎng)的頻率與原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率相同的時(shí)候，射頻場(chǎng)的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場(chǎng)中，只吸收某一特定頻率射頻場(chǎng)提供的能量，這樣就形成了一個(gè)核磁共振信號。