Όλοι οι μαγνητικοί πυρήνες διαθέτουν μια ιδιότητα που ονομάζεται πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός ή NMR, όταν βρίσκονται εντός ενός μαγνητικού πεδίου και όταν πληρούνται ορισμένες άλλες συνθήκες. Μια σειρά διαφορετικών τύπων τεχνολογίας έχουν αναπτυχθεί σύμφωνα με αυτές τις αρχές. Αυτά περιλαμβάνουν διάφορους τύπους ιατρικής απεικόνισης και φασματοσκοπίας.
Ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός εξαρτάται από το γεγονός ότι όταν ένας ταλαντούμενος ηλεκτρομαγνητικός παλμός εφαρμόζεται σε πυρήνες μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, μεμονωμένοι πυρήνες απορροφούν ενέργεια και στη συνέχεια απελευθερώνουν αυτήν την ενέργεια σε συγκεκριμένα μοτίβα. Το σχέδιο απορρόφησης και απελευθέρωσης ενέργειας εξαρτάται από την ισχύ του μαγνητικού πεδίου καθώς και από ορισμένες άλλες μεταβλητές. Εξετάζοντας αυτά τα μοτίβα, οι φυσικοί είναι σε θέση να διερευνήσουν τις κβαντομηχανικές ιδιότητες των ατομικών πυρήνων. Οι χημικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία NMR για να εξερευνήσουν τη χημική και δομική σύνθεση των δειγμάτων και στην ιατρική, η τεχνολογία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού είναι η βάση ενός συχνά χρησιμοποιούμενου τύπου ιατρικού εξοπλισμού απεικόνισης.
Όλη η τεχνολογία NMR βασίζεται επίσης σε μια ιδιότητα που ονομάζεται spin. Όταν προσδιορίζεται εάν ένας δεδομένος ατομικός πυρήνας έχει σπιν, μετράται ο αριθμός των νουκλεονίων στο άτομο. Το νουκλεόνιο είναι το συλλογικό όνομα που δίνεται στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Εάν ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων σε έναν πυρήνα είναι περιττός αριθμός, η ποσότητα του σπιν που έχουν οι πυρήνες είναι μεγαλύτερη από το μηδέν. Αυτός ο πυρήνας λέγεται λοιπόν ότι έχει την ιδιότητα του spin. Οποιοσδήποτε πυρήνας διαθέτει σπιν μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας τεχνολογία NMR.
Στη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, χρησιμοποιείται μια μηχανή που ονομάζεται φασματόμετρο πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τον τύπο, τον αριθμό και τη διάταξη των πυρήνων σε ένα δεδομένο δείγμα. Η ανάλυση ενός φάσματος NMR από έναν χημικό, για παράδειγμα, μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τους διαφορετικούς τύπους χημικών ουσιών που υπάρχουν σε ένα δείγμα, καθώς και τη δομή των διαφορετικών μορίων που υπάρχουν. Η φασματοσκοπία NMR, για παράδειγμα, έχει συμβάλει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο δομούνται τα νουκλεϊκά οξέα και οι πρωτεΐνες και παρέχει επίσης ενδείξεις για το πώς λειτουργούν αυτά τα μόρια.
Η βάση της απεικόνισης πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού βασίζεται στο γεγονός ότι η συχνότητα συντονισμού διαφορετικών μορίων είναι ανάλογη με την ισχύ του μαγνητικού πεδίου που εφαρμόζεται σε αυτά. Όταν ένα δείγμα τοποθετείται μέσα σε ένα ταλαντούμενο μαγνητικό πεδίο, οι συχνότητες συντονισμού των πυρήνων μέσα στο δείγμα ποικίλλουν ανάλογα με το πού βρίσκονται μέσα σε αυτό το πεδίο. Αυτές οι παραλλαγές μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μιας εικόνας του ίδιου του δείγματος.
Στην ιατρική, αυτή η τεχνική είναι κοινώς γνωστή ως μαγνητική τομογραφία ή μαγνητική τομογραφία. Αυτός ο εξοπλισμός ιατρικής απεικόνισης χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να ευθυγραμμίσει τα άτομα υδρογόνου που υπάρχουν στο νερό. Δεδομένου ότι το ανθρώπινο σώμα περιέχει μεγάλη αναλογία νερού, η ευθυγράμμιση των ατόμων υδρογόνου με αυτόν τον τρόπο παράγει αρκετές πληροφορίες για να δημιουργήσει μια εικόνα της εσωτερικής δομής του σώματος. Η κατοχή του spin είναι μια σημαντική έννοια σε αυτήν την τεχνολογία. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα υδρογόνου, τα οποία έχουν σπιν, ανταποκρίνονται διαφορετικά στα μαγνητικά πεδία ανάλογα με τους άλλους τύπους μορίων με τα οποία είναι συνδεδεμένα, ακόμη και με τους τύπους μορίων στα οποία βρίσκονται κοντά.
Η τεχνολογία NMR έχει πολλές άλλες θεωρητικές και πρακτικές εφαρμογές. Οι βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου χρησιμοποιούν τεχνολογία NMR για να βοηθήσουν στην εξερεύνηση των πετρωμάτων της γης για τον εντοπισμό κοιτασμάτων αυτών των καυσίμων. Μία από τις πιο σημαντικές χρήσεις της τεχνολογίας NMR στην εξέταση δειγμάτων είναι ότι γίνεται χωρίς να καταστρέφεται το δείγμα. Αυτό σημαίνει ότι οι δοκιμές NMR μπορούν να πραγματοποιηθούν σε δείγματα που είναι ευαίσθητα ή επικίνδυνα με πολύ μειωμένο κίνδυνο.