核磁共振是当原子核被磁场磁化时对射频的响应。原子核一般都有净磁矩和角动量（或自旋），当外部磁场出现时，原子核就会围绕外磁场的方向运动，和陀螺围绕地球的重力场运动是一样。如果这些发生自旋的原子核有磁性，且和与外部磁场发生相互作用时，就会产生出可测量的信号。若原子核中的中子数和质子数有一者或两者都为奇数，那么产生核磁共振信号的条件就具备了，如氢核1H，碳13C，氮14N 等。自然界中氢核1H 的含量丰富，具有较高的检测灵敏度，磁矩比较大并且容易产生较强的信号。所以绝大多数的核磁共振技术都是以氢原子核的响应为基础，我们讨论的质子就是氢核。氢原子核有一个质子，是一个很小的具有角动量或自旋的带正电荷的粒子。自旋质子相当于一个电流环，产生一个磁场。两极（南极和北极）对准自旋轴的方向。因此氢核可以认为是一个磁针，其磁轴与核的自旋轴一致。当存在许多氢原子且无外部磁场时，氢核的自旋轴是随机取向的脉冲翻转和自由感应衰减。磁化矢量从纵向翻转到横向平面，通过一个与静磁场 B0垂直的交变磁场 B1来完成。B1的频率必须的等于质子的拉莫尔频率。从量子力学的角度看，如果质子处于低能态，它就会吸收由 B1提供的能量跃迁到高能态。B1还能使质子之间同向进动。由 B1引起的能级的变化和同向进动就称为核磁共振（NMR）。