In der Quantenmechanik ist der magnetische Drehimpuls in z-Richtung gegeben durch $L_z=m_I\hbar$. Der Kernel mit $m_I=1/2$ hat $L_z=1/2\hbar$, während der Kernel mit $m_I=-1/2$ $L_z=-1/2\hbar$ hat. Das magnetische Moment in dieser Richtung ist $\mu_z=\gamma L_z$.

Diese Gleichungen erlauben es uns, die Energie beider Niveaus zu bestimmen. \begin{equation}\label{ec4} E=-\mu_zB_0=-\gamma m_I\hbar B_0 \end{equation} Jetzt können wir die Energiedifferenz zwischen den beiden Niveaus berechnen \begin{equation}\label{ec6} \ Delta E=-\gamma (-1/2)\hbar B_0 + \gamma 1/2\hbar B_0=\gamma\hbar B_0 \end{equation}

Wie in der Gleichung (\ref{ec6}) zu sehen ist, hängt die Energiedifferenz vom angelegten Magnetfeld ab. Wenn das Magnetfeld niedrig ist, ist $\Delta E$ klein und die Besetzungsdifferenz zwischen den beiden Niveaus ist ebenfalls klein, was ein Empfindlichkeitsproblem verursacht. Bei starken Magnetfeldern haben wir eine signifikante Trennung zwischen den Ebenen, was zu einem großen Populationsunterschied führt, wodurch eine größere Empfindlichkeit erreicht wird.