A mágneses magrezonancia, vagy NMR, mágneses mezőket és rádióhullámokat használ a molekulák szerkezetének meghatározására. Ez a kémia egyik leghatékonyabb analitikai technikája. Az 1940-es években fejlesztették ki, és 1952-ben fizikai, 1991-ben és 2002-ben kémiai Nobel-díjat nyert. Ez az MRI alapja, amely az emberi testet képalkotó eljárás.

A technika azért működik, mert bizonyos atommagok, mint például a hidrogén-1 és a szén-13, mágneses spinnel rendelkeznek. Erős mágneses térben a spinek vagy a térrel, vagy azzal ellentétesen rendeződnek el. A megfelelő frekvenciájú rádióhullámok megfordítják a spineket. A frekvencia az atommag kémiai környezetétől függ. Az elektronok árnyékolják az atommagot a mágneses tértől, az árnyékolás pedig a közeli atomoktól függ. Az eredmény egy különböző frekvenciájú csúcsok spektruma, amely feltárja a molekula szerkezetét.

Az NMR képes meghatározni az atomok összekapcsolódását, a molekulák sztereokémiáját és a molekuláris mozgás dinamikáját. Vizsgálhatja az oldatban lévő fehérjéket, valós időben monitorozhatja a kémiai reakciókat, és elválasztás nélkül elemezheti a keverékeket. Roncsolásmentes, és csak kis mintát igényel.

A műszerek drágák és speciális felszerelést igényelnek. Egy nagy térerejű NMR spektrométer több millió dollárba is kerülhet, és folyékony héliummal hűtött szupravezető mágnesre van szükség. De a szerkezetmeghatározáshoz semmi sem fogható ehhez.