斯特恩和盖拉赫1924年在原子束实验中观察到了锂原子和银原子的磁偏转,并测量了未成对电子引起的原子磁矩。
1933年斯特恩等人测量了质子的磁矩。1939年比拉第一次进行了核磁共振的实验。1946年美国的普西尔和布少赫同时提出质子核磁共振的实验报告,他们首先用核磁共振的方法研究了固体物质、原子核的性质、原子核之间及核周围环境能量交换等问题。为此他们两位获得了1952年诺贝尔物理奖。50年代核磁共振方法开始应用于化学领域,1950年斯坦福大学的两位物理学家普罗克特和虞以NH 4NO3水溶液作为氮原子核源,在测定14N的磁矩时,发现两个性质截然不同的共振信号,从而发现了同一种原子核可随其化学环境的不同吸收能量的共振条件也不同,即核磁共振频率不同。这种现象称为 "化学位移"。这是由于原子核外电子形成的磁场与外加磁场相互作用的结果。化学位移是鉴别官能团的重要依据。因为化学位移的大小与键的性质和键合的元素种类等有密切的关系。此外,各组原子核之间的磁相互作用构成自旋──自旋耦合。这种作用常常使得化学位移不同的各组原子核在共振吸收图上显示的不是单峰而是多重峰,这种情况是由分子中邻近原子核的数目,距离用对称性等因素决定,因此它有助于提示整个分子的。