核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可 以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，如下表。
分类 | 质量数 | 原子序数 | 自旋量子数I | NMR信号 |
|---|---|---|---|---|
I | 偶数 | 偶数 | 0 | 无 |
II | 偶数 | 奇数 | 1,2,3，…（I为整数） | 有 |
III | 奇数 | 奇数或偶数 | 0.5,1.5，2.5，…（I为半整数） | 有 |
I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭球体。