NMR:ssä mitattavat molekyylit usein [[neste]]mäisiä tai liuotettu nesteeksi. Tekniikalla voidaan myös mitata [[Kiinteä|kiinteitä]] aineita. Tosin kiinteiden mittaustekniikat ovat usein haastavampia ja saadut mittaustulokset vaikeatulkintaisempia kuin nesteiden NMR-tutkimuksessa. Kiinteiden NMR-tutkimus on siten nesteiden NMR-tutkimusta harvinaisempaa. Poikkeustapauksissa myös [[kaasu]]ja voidaan tutkia.
Nykyisten NMR-spketrometrienspektrometrien toimintatoimintaperiaate on seuraavanlainen. Molekyyleissä olevat tiettyjen isotooppien atomiytimet alkavat [[Resonanssi|resonoida]] tai pikemminkin pyöriä ([[Prekessio|prekessoida]]) magneettikentässä niille ominaisilla [[Larmorin prekessio|Larmorin taajuuksilla]], joka riippuu ydinten spineistä ja kemiallisesta ympäristöstä eli muiden läheisten ydinten ja niiden elektronien ominaisuuksista. Spektrometrin jatkuva magneettikenttä saa ydinten magneettikenttien suuntaa kuvaavat [[Magneettinen momentti|magneettiset momentit]] asettumaan keskimäärin paikalleen jatkuvan kentän myötäisesti. Mittauksessa nettomagneettimomentit ajetaan pyörintäliikkeeseen, joka ilmenee niiden Larmorin taajuuksilla. Muutos aiheutetaan lyhytkestoisin magneettikentin, joiden muuttuvilla taajuusalueilla on ydinten Larmorin taajuudet. Muuntuvien kenttien lakatessa, kestävät ydinten nettomagneettimomenttien pyörinnät hetken palaten lopulta jatkuvan kentän myötäisiksi. Pyörinnän aikana nettomagneettimomentit mitataan. Saadaan päällekkäisiä taajuuksia sisältävä signaali. Mittaus toistetaan kunnes signaali on kyllin vahva, josta ydinten taajuudet erotetaan [[Fourier’n muunnos|Fourierin muunnoksella]]. Saadaan [[Funktion kuvaaja|kuvaaja]] (NMR-spektri) ydinten ympäristöä kuvastavista Larmorin taajuuksista (ilmaistaan spektrissä [[ppm]]-arvoina) ja suhteellisiksi intensiteeteiksi muunnetuista [[Amplitudi|amplitudeista]], jotka tilanteesta riippuen kuvastavat ydinten lukumääriä. Spektristä voidaan ehkä päätellä jotakin molekyylin rakenteesta.
[[Magneettikuvaus|Magneettikuvauksen]] periaatteet ovat samankaltaiset kuin NMR-spektroskopiassa.
