يستخدم الرنين المغناطيسي النووي (NMR) المجالات المغناطيسية والموجات الراديوية لتحديد بنية الجزيئات. وهو من أقوى التقنيات التحليلية في الكيمياء. طُوِّر في أربعينيات القرن العشرين، وحاز على جوائز نوبل في الفيزياء عام 1952 والكيمياء عامي 1991 و2002. وهو أساس التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) الذي يُصوِّر جسم الإنسان.

تعتمد هذه التقنية على أن بعض النوى الذرية، مثل الهيدروجين-1 والكربون-13، تمتلك دورانًا مغناطيسيًا. في مجال مغناطيسي قوي، تصطف هذه الدورانات إما مع اتجاه المجال أو عكسه. تعمل الموجات الراديوية ذات التردد المناسب على قلب هذه الدورانات. يعتمد التردد على البيئة الكيميائية المحيطة بالنواة. تحجب الإلكترونات النواة عن المجال المغناطيسي، وتعتمد فعالية هذا الحجب على الذرات المجاورة. والنتيجة هي طيف من القمم عند ترددات مختلفة، يكشف عن بنية الجزيء.

يُمكن لتقنية الرنين المغناطيسي النووي تحديد ترابط الذرات، والتركيب الفراغي للجزيئات، وديناميكيات الحركة الجزيئية. كما يُمكنها دراسة البروتينات في المحاليل، ومراقبة التفاعلات الكيميائية في الوقت الحقيقي، وتحليل المخاليط دون فصلها. وهي تقنية غير مُتلفة ولا تتطلب سوى عينة صغيرة.

هذه الأجهزة باهظة الثمن وتتطلب مرافق متخصصة. قد يكلف مطياف الرنين النووي المغناطيسي عالي المجال ملايين الدولارات، ويحتاج إلى مغناطيس فائق التوصيل يُبرد بالهيليوم السائل. ولكن لتحديد البنية، لا يوجد ما يضاهيه.