La popolazione di nuclei con spin parallelo formula_14, cioè orientata secondo il verso di formula_2, possiede energia potenziale minore formula_16 e si trova in soprannumero rispetto alla popolazione formula_17 con spin antiparalleli e con energia potenziale maggiore formula_18. La distribuzione della popolazione nei due livelli energetici formula_16 ed formula_18 è data dalla legge di distribuzione di Boltzmann: formula_21 , dove formula_22 è la costante di Boltzmann, formula_23 è la temperatura espressa in kelvin e formula_24 è la differenza di energia tra i due livelli. 