Dalam mekanika kuantum momentum sudut magnetik dalam arah z diberikan oleh $L_z=m_I\hbar$. Kernel dengan $m_I=1/2$ memiliki $L_z=1/2\hbar$, sedangkan kernel dengan $m_I=-1/2$ memiliki $L_z=-1/2\hbar$. Momen magnetik pada arah ini adalah $\mu_z=\gamma L_z$.

Persamaan ini memungkinkan kita untuk menentukan energi dari kedua tingkat. \begin{equation}\label{ec4} E=-\mu_zB_0=-\gamma m_I\hbar B_0 \end{equation} Sekarang kita dapat menghitung perbedaan energi antara dua tingkat \begin{equation}\label{ec6} \ Delta E=-\gamma (-1/2)\hbar B_0 + \gamma 1/2\hbar B_0=\gamma\hbar B_0 \end{equation}

Seperti dapat dilihat pada persamaan (\ref{ec6}) perbedaan energi bergantung pada medan magnet yang diterapkan. Jika medan magnet rendah, $\Delta E$ kecil dan perbedaan populasi antara dua level juga kecil, yang menyebabkan masalah sensitivitas. Pada medan magnet tinggi kami memiliki pemisahan yang signifikan antara level, yang menimbulkan perbedaan populasi yang tinggi, memperoleh sensitivitas yang lebih besar.