早期的连续波核磁共振仪因使用扫描频率或扫描磁场的方式工作，扫描时需要连续变换磁场频率或磁场强度，单次扫描时间长达5分钟。傅里叶变换核磁共振（FT-NMR）仪的出现克服了这一缺陷。傅里叶变换核磁共振仪有多个线圈，可以产生多个磁场，其中一个产生恒定外加磁场$\mathbf{B}$，还有一个产生瞬时发射且包含多种频率的射频电磁场，其余线圈作它用。傅里叶变换核磁共振仪采用瞬时发射包含多种频率的射频电磁场的方式工作，可以在很短的时间内（约1~2秒）完成单次扫描。共振频率在扫描频率范围内的所有原子核将同时发生跃迁，不同类型的原子核弛豫时将发射出与共振频率同频的电磁场。从总体来看，发生跃迁的所有原子核弛豫时发射的是包含各种频率的电磁场，这个电磁场将被核磁共振仪的探头探测到，并转化为强度随时间衰减的复杂数字信号，称为自由感应衰减（free
induction decay，FID），下图给出了一个FID。

很显然，FID是不可读的。而正如傅里叶变换核磁共振仪的名字一样，这种波谱仪通过计算机作快速傅里叶变换，可以将FID转化为可读核磁共振谱。包括FID在内的一些复杂的信号可以分解为一系列不同频率的正弦波和余弦波，这个过程称为傅里叶变换，也就是将时域信号（随时间变化的信号，如FID）转换到频域信号（不同频率成分的组合，如核磁共振谱）的过程。具体了解傅里叶变换的过程需要超出我们讨论范围的复杂数学推导，这里我们仅仅使用图像来说明傅里叶变换的过程。为便于说明，以方便分解的$y = \sin{(t) + \sin{(3t)}}$的傅里叶变换为例，它可以分解为$y = \sin{(3t)}$和$y = \sin{(t)}$两个函数。

所以，对FID信号作傅里叶变换其实是"换了一种角度观察"。尽管对上方给出的FID信号作傅里叶变换时分解函数的过程要比上面复杂的多，但仍然可以用相似的方式处理这个FID信号，就得到了核磁共振谱。

除单次扫描时间短以外，傅里叶变换核磁共振仪还可以累加多次扫描（通常是几十到几百次）获得的FID信号，因此只需要较低的样品浓度即可获得较高质量的核磁共振谱。基于其种种优点，目前所使用的核磁共振仪基本为傅里叶变换核磁共振仪。