核磁共振（NMR）利用磁场和无线电波来确定分子的结构，是化学领域最强大的分析技术之一。它于20世纪40年代发展起来，并分别于1952年、1991年和2002年荣获诺贝尔物理学奖、化学奖和磁共振成像（MRI）奖。核磁共振是MRI的基础，而磁共振成像技术可以对人体进行成像。

这项技术之所以有效，是因为某些原子核，例如氢-1和碳-13，具有磁自旋。在强磁场中，这些自旋会沿磁场方向或逆磁场方向排列。特定频率的无线电波可以使这些自旋发生翻转。该频率取决于原子核的化学环境。电子会屏蔽原子核免受磁场的影响，而屏蔽效果取决于附近的原子。最终会得到一个不同频率的峰值谱，从而揭示分子的结构。

核磁共振可以确定原子间的连接方式、分子的立体化学结构以及分子运动的动力学。它可以研究溶液中的蛋白质，实时监测化学反应，并无需分离即可分析混合物。它是一种非破坏性分析方法，且仅需少量样品。

这些仪器价格昂贵，而且需要专门的设施。一台高场核磁共振波谱仪可能价值数百万美元，并且需要用液氦冷却的超导磁体。但在结构测定方面，没有任何其他方法能与之媲美。