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