核磁矩是原子核的重要物理量之一，衡量核子在一定磁场中的能量大小，以及与核外电子的相互作用强度。核磁矩对应核自旋的磁矩，其类似于电子自旋和轨道角动量。

核磁矩是原子核的一种内禀性质，由核内核子的内禀自旋及核子的旋转运动决定。表征原子核角动量的是核自旋量子数I。核角动量在空间任一特定方向的投影的最大值为ћI，这里ћ=h/2π，h是Planck常数、核磁矩μI=γnћI=gnμnI，式中γn是核的旋磁比，gn是核g因数，核磁子μn=eћ/2Mpc=5 .0504×10 J/T，Mp是质子的质量。对质子(氢核)I=1/2，μI=2 .79268μn。

质量数A为奇数的核的I为半整数；A为偶数，电荷数Z为奇数的核的I为非零整数； A与Z同为偶数的核的I=0，没有磁矩。自然界共有约270种稳定的原子核，其中的105种有核磁矩。1924年Pauli为解释原子光谱的超精细结构提出核有磁矩的假设。后来这一假设被大量的实验证实。

测量核磁矩的主要方法是原子束方法。核磁共振法获得的结果精确度更高；但由于需要的样品量大而使其应用范围受到限制。此外还有分子束方法，可见光谱及紫外光谱学方法，电子顺磁共振方法等。

原子束和分子束是研究原子和分子的结构以及原子和分子同其他物质相互作用的重要手段。固体、液体和稠密气体中原子或分子间距离较小，有着复杂的相互作用,很难研究其中孤立分子的性质,稀薄气体中分子间距离较大，其相互作用随压强的减小变弱，但因分子的无规则运动，使得对分子本身的探测和研究较困难。在原子束或分子束中，原子或分子作准直得很好的定向运动，它们之间的相互作用可以忽略，因此可以认为束流是运动着的孤立原子或分子的集合，可用以研究分子、原子本身性质以及分子、原子与其他粒子的相互作用。这类研究对原子和分子物理、气体激光动力学、等离子体物理、微观化学反应动力学、空间物理、天体物理以及生物学的一些领域都非常重要。此外，还可用原子束、分子束来研究物体的表面和固体结构。

当分子具有磁或电偶极矩时，可以通过外加磁场和电场与偶极矩的相互作用来选择偶极矩取向，使不同偶极矩的原子和分子在空间分离。采取这种措施，就可进行精密的原子、分子束波谱实验，精确测量原子核的磁矩，发展原子和分子的频率或时间的测量标准。

利用核磁共振现象分析化合物结构的方法，简称NMR。是1955年后迅速发展的一项技术。某些原子核由于自旋运动，会产生磁砀，犹如电流流过线圈产生磁场一样。这些原子核的行为像小的磁棒，可以受外界强磁场的影响，在强磁场中其能量将分裂成两个或两个以上的量子化能级。当适当波长的电磁辐射(在射频区)照射置于强磁场下的这类原子核时，辐射能量被吸收，引起能级跃迁。所吸收的辐射能量与核能级差相等，引起核磁共振现象。测量被吸收的电磁辐射的频率和吸收的程度便是核磁共振法的分析基础。在一个固定的外界磁场中，确切的射频吸收频率与原子核在分子中的位置有关。化合物中的质子(氢原子核)的吸收频率并不是千篇一律的，而是随质子周围的环境不同而不同，这种差别称为化学位移。产生化学位移的原因，是核外电子云在外磁场的作用下产生感生磁场，使原子核实际受到外部磁场的作用有所降低，这种作用称为屏蔽效应。又由于相邻原子核之间的相互作用等因素，会使每一个化学位移峰出现精细结构。核磁共振法根据吸收峰的化学位移、精细结构及峰面积，可对待测样品进行定性和定量分析，特别是用来分析化合物的结构。

核磁距的研究使人们得到了核磁共振这一技术。核磁共振是核因有磁矩而产生的一种重要的效应，在分析物质结构和研究核性质中有着重要的应用。所以说原子核磁矩的存在是发生核磁共振的前提。核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。