La tecnica NMR non osserva un singolo nucleo, invece misura statisticamente l'effetto di una popolazione di nuclei presenti entro il campione di materiale sotto esame. Viene quindi definito un vettore di magnetizzazione formula_9 come risultante della somma vettoriale dei momenti magnetici formula_1 dei nuclei, ciascuno dei quali potrà avere la componente parallela a formula_2, con lo stesso verso di formula_2(allineamento parallelo), oppure con verso opposto (allineamento antiparallelo). In base alle leggi della meccanica quantistica si ha un leggero eccesso di momenti magnetici allineati in un verso rispetto all'altro, e quindi il vettore formula_13 risultante non è nullo ed è misurabile.