核磁共振（NMR）利用磁場和無線電波來確定分子的結構，是化學領域最強大的分析技術之一。它於20世紀40年代發展起來，並分別於1952年、1991年和2002年榮獲諾貝爾物理學獎、化學獎和磁振造影（MRI）獎。核磁共振是MRI的基礎，而磁振造影技術可以對人體進行成像。

這項技術之所以有效，是因為某些原子核，例如氫-1和碳-13，具有磁自旋。在強磁場中，這些自旋會沿著磁場方向或逆磁場方向排列。特定頻率的無線電波可以使這些自旋翻轉。此頻率取決於原子核的化學環境。電子會屏蔽原子核免受磁場的影響，而屏蔽效果取決於附近的原子。最終會得到一個不同頻率的峰值譜，從而揭示分子的結構。

核磁共振可以確定原子間的連接方式、分子的立體化學結構、分子運動的動力學。它可以研究溶液中的蛋白質，即時監測化學反應，並無需分離即可分析混合物。它是一種非破壞性分析方法，且僅需少量樣本。

這些儀器價格昂貴，需要專門的設施。高場核磁共振波譜儀可能價值數百萬美元，並且需要用液態氦冷卻的超導磁鐵。但在結構測定方面，沒有其他方法能與之媲美。