नाभिकीय चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) अणुओं की संरचना निर्धारित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों और रेडियो तरंगों का उपयोग करता है। यह रसायन विज्ञान की सबसे शक्तिशाली विश्लेषणात्मक तकनीकों में से एक है। इसका विकास 1940 के दशक में हुआ था और इसे 1952 में भौतिकी और 1991 और 2002 में रसायन विज्ञान के लिए नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुए। यह एमआरआई का आधार है, जो मानव शरीर की छवियाँ बनाता है।

यह तकनीक इसलिए कारगर है क्योंकि हाइड्रोजन-1 और कार्बन-13 जैसे कुछ परमाणु नाभिकों में चुंबकीय स्पिन होता है। प्रबल चुंबकीय क्षेत्र में, स्पिन या तो क्षेत्र के साथ संरेखित होते हैं या उसके विपरीत। उपयुक्त आवृत्ति की रेडियो तरंगें स्पिन को उलट देती हैं। आवृत्ति नाभिक के रासायनिक वातावरण पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन नाभिक को चुंबकीय क्षेत्र से बचाते हैं, और यह बचाव आसपास के परमाणुओं पर निर्भर करता है। परिणामस्वरूप, विभिन्न आवृत्तियों पर चोटियों का एक स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है, जिससे अणु की संरचना का पता चलता है।

एनएमआर परमाणुओं की संसंबद्धता, अणुओं की त्रिविमीय संरचना और आणविक गति की गतिशीलता का निर्धारण कर सकता है। यह विलयन में प्रोटीन का अध्ययन कर सकता है, रासायनिक अभिक्रियाओं की वास्तविक समय में निगरानी कर सकता है और बिना पृथक्करण के मिश्रणों का विश्लेषण कर सकता है। यह गैर-विनाशकारी है और इसके लिए केवल एक छोटे नमूने की आवश्यकता होती है।

ये उपकरण महंगे हैं और इनके लिए विशेष सुविधाओं की आवश्यकता होती है। एक हाई-फील्ड एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर की कीमत लाखों डॉलर हो सकती है और इसके लिए तरल हीलियम से ठंडा किए गए सुपरकंडक्टिंग चुंबक की आवश्यकता होती है। लेकिन संरचनात्मक निर्धारण के लिए, इसके मुकाबले कोई दूसरा उपकरण इतना कारगर नहीं है।