如果有一束頻率為ω的電磁輻射照射自旋核,當ω=ω0時，則自旋核將吸收其輻射能而產生共振，即所謂核磁共振。吸收能量的大小取決于核的多少。這一事實，除為測量 γ提供途徑外，也為定量分析提供了根據。具體的實現方法是：在固定磁場H0上附加一個可變的磁場。兩者疊加的結果使有效磁場在一定范圍內變化，即H0在一定范圍內可變。另置一能量和頻率穩定的射頻源，它的電磁輻射照射在處于磁場中的樣品上，并用射頻接收器測量經樣品吸收后的射頻輻射能。在樣品無吸收時，則接收的能量為一定值；如果有吸收，就會給出一個能量吸收信號。但吸收的條件必須是射頻的頻率ω=ω0。射頻的頻率是固定的，要使具有不同 γ值的不同原子核都能吸收輻射能，就只有改變H0，使不同的自旋核在相應的某一特定的H0時具有相同的并與射頻頻率相等的進動頻率，即ω=ω0。這樣，不同的自旋核都可以在某一特征的磁場強度下吸收射頻輻射能而產生核磁共振。因此，用改變磁場強度的方法進行掃描，接收器就可以給出一系列的以磁場強度(實際上是以旋磁比)為特征的吸收信號。以磁場強度為橫坐標，以吸收能量為縱坐標繪出的曲線就是核磁共振波譜圖（圖中b）。其中橫坐標就是定性分析所依據的參數，縱坐標對應于不同H0的出峰面積就是定量分析參數。
圖中c是核磁共振波譜儀的原理圖。它主要由5個部分組成。①磁鐵:它的作用是提供一個穩定的高強度磁場，即H0。②掃描發生器：在一對磁極上繞制的一組磁場掃描線圈，用以產生一個附加的可變磁場，疊加在固定磁場上，使有效磁場強度可變，以實現磁場強度掃描。③射頻振蕩器：它提供一束固定頻率的電磁輻射，用以照射樣品。④吸收信號檢測器和記錄儀：檢測器的接收線圈繞在試樣管周圍。當某種核的進動頻率與射頻頻率匹配而吸收射頻能量產生核磁共振時，便會產生一信號。記錄儀自動描記圖譜，即核磁共振波譜。⑤試樣管：直徑為數毫米的玻璃管，樣品裝在其中，固定在磁場中的某一確定位置。整個試樣探頭是迅速旋轉的，以減少磁場不均勻的影響。
核磁共振譜儀的共振頻率是根據1H的頻率來命名的，1H共振頻率=42.57708×Ho(MHz)，其中Ho為磁場強度，單位為T（特斯拉）。例如，當磁場強度為4.7T時，共振頻率就是200MHz。
目前，一種低分辨、低磁場強度(2-65MHz )、結構簡易的小型核磁共振譜儀，通常通過測量質子的不同的核磁共振參數，對被測樣品進行成分或性能分析；商用的高場譜儀為200-950MHz；1G（即1000MHz）的譜儀已經研制出，但尚未商用。