Ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, ή NMR, χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία και ραδιοκύματα για να προσδιορίσει τη δομή των μορίων. Είναι μια από τις πιο ισχυρές αναλυτικές τεχνικές στη χημεία. Αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1940 και κέρδισε τα βραβεία Νόμπελ Φυσικής το 1952 και Χημείας το 1991 και το 2002. Αποτελεί τη βάση της μαγνητικής τομογραφίας, η οποία απεικονίζει το ανθρώπινο σώμα.

Η τεχνική λειτουργεί επειδή ορισμένοι ατομικοί πυρήνες, όπως το υδρογόνο-1 και ο άνθρακας-13, έχουν μαγνητικό σπιν. Σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, τα σπιν ευθυγραμμίζονται είτε με το πεδίο είτε με αυτό. Τα ραδιοκύματα στη σωστή συχνότητα αντιστρέφουν τα σπιν. Η συχνότητα εξαρτάται από το χημικό περιβάλλον του πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια προστατεύουν τον πυρήνα από το μαγνητικό πεδίο και η θωράκιση εξαρτάται από τα κοντινά άτομα. Το αποτέλεσμα είναι ένα φάσμα κορυφών σε διαφορετικές συχνότητες, που αποκαλύπτει τη δομή του μορίου.

Η NMR μπορεί να προσδιορίσει τη συνδεσιμότητα των ατόμων, τη στερεοχημεία των μορίων και τη δυναμική της μοριακής κίνησης. Μπορεί να μελετήσει πρωτεΐνες σε διάλυμα, να παρακολουθήσει χημικές αντιδράσεις σε πραγματικό χρόνο και να αναλύσει μείγματα χωρίς διαχωρισμό. Είναι μη καταστροφική και απαιτεί μόνο ένα μικρό δείγμα.

Τα όργανα είναι ακριβά και απαιτούν εξειδικευμένες εγκαταστάσεις. Ένα φασματόμετρο NMR υψηλού πεδίου μπορεί να κοστίσει εκατομμύρια δολάρια και χρειάζεται έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη που ψύχεται με υγρό ήλιο. Αλλά για τον προσδιορισμό της δομής, τίποτα άλλο δεν πλησιάζει αυτό το επίπεδο.