原子是由電子和原子核組成的。原子核帶正電，它們可以在磁場中旋轉。磁場的強度和方向決定原子核旋轉的頻率和方向。在磁場中旋轉的原子核有一個特點，即可以吸收頻率與其旋轉頻率相同的電磁波，使原子核的能量增加，當原子核恢復原狀時，就會把多余的能量以電磁波的形式釋放出來。這一現象如同拉小提琴時琴弓與琴弦的共振一樣，因而被稱為核磁共振。1946年美國科學家費利克斯·布洛赫和愛德華·珀塞爾首先發(fā)現了核磁共振現象，他們因此獲得了1952年的諾貝爾物理學獎。

珀塞爾認為，氫原子中的質子和電子，由于有自旋，其行為就象磁鐵。在吸收或發(fā)射一定的能量時，這兩個小磁體只能向某一確定的方向變化。為了測量這些能量的轉移，珀塞爾將原子置于高頻線圈的中心，再將這一線圈置于一個磁鐵的強磁場中，這樣,強磁場使微小的核磁體整齊排列，然后，珀塞爾通過無線電波的作用改變它們的方向，使原子核隨著無線電波按節(jié)奏“跳舞”。通過記錄允許原子吸收能量的無線電波的頻率，就找到了使原子核重新排列所需的能量，因此也就找到了核的磁矩。

布洛赫也獨立地觀察并測量了核磁共振。1946年，布洛赫提出了他的高精度測量核磁矩的方法：“核感應”方法，其數學公式被稱為“布洛赫方程”。布洛赫設想，在共振條件下，原子核的總磁矩與交變磁場成一有限的角度并繞恒定磁場作進動。他把觀察到的信號看作是感應電動勢。這樣，原子核就變成了微型無線電發(fā)報機，而布洛赫收到了它發(fā)射的信號。由示波器屏幕上條紋的方向便可知道核的旋轉是順著磁場方向還是逆著磁場方向，進而便可推算出核的磁矩。雖然珀塞爾和布洛赫的實驗方法不一樣，但是從物理意義上講，他們的想法是一致的。

核磁共振方法不僅在核物理研究中起著重要作用，而且在科學技術上也有著廣泛的應用。例如，核磁共振分析可以用來探測物質的微觀結構和各種相互作用；核磁共振人體成像有望成為診斷疾病的有力工具。