Nükleer manyetik rezonans veya NMR, moleküllerin yapısını belirlemek için manyetik alanlar ve radyo dalgaları kullanır. Kimyadaki en güçlü analitik tekniklerden biridir. 1940'larda geliştirilmiş ve 1952'de fizik, 1991 ve 2002'de kimya dallarında Nobel Ödülleri kazanmıştır. İnsan vücudunu görüntüleyen MRI'ın temelini oluşturur.

Bu teknik, hidrojen-1 ve karbon-13 gibi bazı atom çekirdeklerinin manyetik spin özelliğine sahip olması nedeniyle işe yarar. Güçlü bir manyetik alanda, spinler ya alanla aynı yönde ya da alanın tersine doğru hizalanır. Doğru frekanstaki radyo dalgaları spinleri tersine çevirir. Frekans, çekirdeğin kimyasal ortamına bağlıdır. Elektronlar çekirdeği manyetik alandan korur ve bu koruma yakındaki atomlara bağlıdır. Sonuç olarak, farklı frekanslarda tepe noktaları içeren bir spektrum elde edilir ve bu da molekülün yapısını ortaya çıkarır.

NMR, atomların bağlantısını, moleküllerin stereokimyasını ve moleküler hareketin dinamiklerini belirleyebilir. Çözeltideki proteinleri inceleyebilir, kimyasal reaksiyonları gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve karışımları ayırma işlemine gerek kalmadan analiz edebilir. Tahribatsızdır ve sadece küçük bir numune gerektirir.

Bu cihazlar pahalıdır ve özel tesislere ihtiyaç duyar. Yüksek alanlı bir NMR spektrometresi milyonlarca dolara mal olabilir ve sıvı helyumla soğutulan süper iletken bir mıknatısa ihtiyaç duyar. Ancak yapısal belirleme için, bunlardan daha iyisi yok.