原子核在恒定外加磁场$\mathbf{B}$的作用下会发生能级分裂，再加入一个频率$\nu$与原子核共振频率一致的射频电磁场$\mathbf{B}_{1}$，原子核则会跃迁到高一能级。这时将射频电磁场$\mathbf{B}_{1}$去掉，则处在高一能级的原子核会跃迁回原来的低能级（称为弛豫），会放出频率与共振频率同为$\nu$的射频电磁辐射。不同种原子核的磁旋比$\gamma$是不同的，因此它们弛豫时放出的射频电磁辐射的频率$\nu$也不相同。根据$\nu$的差异，我们即可知道原子核的种类。

如果在恒定外加磁场的作用下使用频率在一定范围内且连续的射频电磁场对样品进行缓慢扫描，并用探头探测原子核弛豫时放出射频电磁辐射的频率$\nu$，由核磁共振仪给出的信号就可以获得样品中共振频率在扫描频率范围内的原子核的信息，这些信息一并在核磁共振谱的信号峰中得到反映，一个信号峰代表一个频率。注意，原子核发生核磁共振时并不给出信号，信号是在弛豫时产生的。这就是连续波核磁共振仪的基本原理，核磁共振仪的这种工作方式称为扫描频率。除扫描频率外，还有以扫描磁场方式工作的连续波核磁共振仪，在这里不做过多介绍。

使用核磁共振仪研究质子时得到的核磁共振谱称为核磁共振氢谱，使用核磁共振仪研究$^{13}$C时得到的核磁共振谱称为核磁共振碳谱。这是最常用的，也是我们在后续内容中将着重探讨的两种核磁共振谱。