Kjernemagnetisk resonans, eller NMR, bruker magnetfelt og radiobølger for å bestemme strukturen til molekyler. Det er en av de kraftigste analytiske teknikkene innen kjemi. Den ble utviklet på 1940-tallet og vant nobelpriser i fysikk i 1952 og kjemi i 1991 og 2002. Det er grunnlaget for MR, som avbilder menneskekroppen.

Teknikken fungerer fordi visse atomkjerner, som hydrogen-1 og karbon-13, har et magnetisk spinn. I et sterkt magnetfelt justerer spinnene seg enten med eller mot feltet. Radiobølger med riktig frekvens snur spinnene. Frekvensen avhenger av kjernens kjemiske miljø. Elektroner skjermer kjernen fra magnetfeltet, og skjermingen avhenger av nærliggende atomer. Resultatet er et spektrum av topper ved forskjellige frekvenser, som avslører molekylets struktur.

NMR kan bestemme atomenes sammenkobling, molekylenes stereokjemi og dynamikken i molekylær bevegelse. Den kan studere proteiner i løsning, overvåke kjemiske reaksjoner i sanntid og analysere blandinger uten separasjon. Den er ikke-destruktiv og krever bare en liten prøve.

Instrumentene er dyre og krever spesialutstyr. Et høyfelts-NMR-spektrometer kan koste millioner av dollar og trenger en superledende magnet avkjølt med flytende helium. Men for strukturbestemmelse er det ingenting annet som kommer i nærheten.