Jądrowy rezonans magnetyczny, czyli NMR, wykorzystuje pola magnetyczne i fale radiowe do określania struktury cząsteczek. Jest to jedna z najskuteczniejszych technik analitycznych w chemii. Została opracowana w latach 40. XX wieku i zdobyła Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1952 roku oraz w dziedzinie chemii w 1991 i 2002 roku. Stanowi podstawę MRI, czyli rezonansu magnetycznego, który obrazuje ludzkie ciało.

Technika ta działa, ponieważ niektóre jądra atomowe, takie jak wodór-1 i węgiel-13, mają spin magnetyczny. W silnym polu magnetycznym spiny ustawiają się zgodnie z polem magnetycznym lub przeciwnie do niego. Fale radiowe o odpowiedniej częstotliwości odwracają spiny. Częstotliwość zależy od środowiska chemicznego jądra. Elektrony osłaniają jądro przed polem magnetycznym, a ekranowanie zależy od pobliskich atomów. Rezultatem jest widmo pików o różnych częstotliwościach, ujawniające strukturę cząsteczki.

NMR pozwala określić łączność atomów, stereochemię cząsteczek oraz dynamikę ruchu molekularnego. Umożliwia badanie białek w roztworach, monitorowanie reakcji chemicznych w czasie rzeczywistym oraz analizę mieszanin bez konieczności rozdzielania. Jest nieniszcząca i wymaga jedynie niewielkiej próbki.

Urządzenia te są drogie i wymagają specjalistycznego sprzętu. Spektrometr NMR wysokiego pola może kosztować miliony dolarów i wymaga nadprzewodzącego magnesu chłodzonego ciekłym helem. Jednak do badań strukturalnych nic innego nie może się z nim równać.