Na mecânica quântica, o momento angular magnético na direção z é dado por $L_z=m_I\hbar$. O kernel com $m_I=1/2$ tem $L_z=1/2\hbar$, enquanto o kernel com $m_I=-1/2$ tem $L_z=-1/2\hbar$. O momento magnético nesta direção é $\mu_z=\gamma L_z$.

Estas equações nos permitem determinar a energia de ambos os níveis. \begin{equation}\label{ec4} E=-\mu_zB_0=-\gamma m_I\hbar B_0 \end{equation} Agora podemos calcular a diferença de energia entre os dois níveis \begin{equation}\label{ec6} \ Delta E=-\gamma (-1/2)\hbar B_0 + \gamma 1/2\hbar B_0=\gamma\hbar B_0 \end{equação}

Como pode ser visto na equação (\ref{ec6}) a diferença de energia depende do campo magnético aplicado. Se o campo magnético for baixo, $\Delta E$ é pequeno e a diferença populacional entre os dois níveis também é pequena, o que causa um problema de sensibilidade. Em campos magnéticos altos temos uma separação significativa entre os níveis, o que dá origem a uma alta diferença populacional, obtendo maior sensibilidade.