Resonansi magnetik nuklir, atau NMR, menggunakan medan magnet dan gelombang radio untuk menentukan struktur molekul. Ini adalah salah satu teknik analitik paling ampuh dalam kimia. Teknik ini dikembangkan pada tahun 1940-an dan memenangkan Hadiah Nobel untuk fisika pada tahun 1952 dan kimia pada tahun 1991 dan 2002. NMR merupakan dasar dari MRI, yang menghasilkan citra tubuh manusia.

Teknik ini berhasil karena inti atom tertentu, seperti hidrogen-1 dan karbon-13, memiliki putaran magnetik. Dalam medan magnet yang kuat, putaran tersebut sejajar dengan atau berlawanan arah dengan medan. Gelombang radio pada frekuensi yang tepat membalik putaran tersebut. Frekuensi tersebut bergantung pada lingkungan kimia inti atom. Elektron melindungi inti atom dari medan magnet, dan perlindungan tersebut bergantung pada atom-atom di sekitarnya. Hasilnya adalah spektrum puncak pada frekuensi yang berbeda, yang mengungkapkan struktur molekul tersebut.

NMR dapat menentukan konektivitas atom, stereokimia molekul, dan dinamika gerakan molekul. Teknik ini dapat mempelajari protein dalam larutan, memantau reaksi kimia secara real-time, dan menganalisis campuran tanpa pemisahan. NMR bersifat non-destruktif dan hanya membutuhkan sampel dalam jumlah kecil.

Instrumen-instrumen tersebut mahal dan membutuhkan fasilitas khusus. Spektrometer NMR medan tinggi dapat berharga jutaan dolar dan membutuhkan magnet superkonduktor yang didinginkan dengan helium cair. Namun untuk penentuan struktur, tidak ada yang dapat menandinginya.