Les noyaux atomiques tournent sur eux-mêmes (spin) et présentent un moment angulaire qui est donné par l'expression \begin{equation}\label{ec1} L=\sqrt{I(I+1)}\hbar \end{equation} Moment angulaire dépend du nombre quantique I (nombre quantique de moment angulaire ou spin nucléaire), qui peut prendre des valeurs différentes selon le type de noyau, I=0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, 3,.....

Le calcul du nombre quantique de spin d'un noyau se fait en additionnant les spins des protons et des neutrons non appariés. Par exemple, l'hydrogène a I=1/2, car il est composé d'un seul proton.

Les états de spin quantiques autorisés sont donnés par $m_I$, qui prend les valeurs suivantes \begin{equation}\label{ec2} m_I=-I, -I+1, ...., I-1, I \end{equation} Le nombre de valeurs que $m_I$ prend pour une valeur donnée de I est $2I+1$. Ainsi, pour un noyau avec I=1/2 il y a deux états de spin quantique possibles donnés par $m_I=-1/2, 1/2$. Un noyau avec I=1 a trois états de spin quat autorisés $m_I=-1, 0, +1$. En l'absence de champ magnétique, les états quantiques de spin sont dégénérés.