Атомные ядра вращаются сами по себе (спин) и обладают угловым моментом, который определяется выражением \begin{equation}\label{ec1} L=\sqrt{I(I+1)}\hbar \end{equation} Угловой момент зависит от квантового числа I (квантового числа углового момента или спина ядра), которое может принимать разные значения в зависимости от типа ядра, I=0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, 3,.....

Расчет спинового квантового числа для ядра производится путем сложения спинов неспаренных протонов и нейтронов. Например, у водорода I=1/2, так как он состоит только из одного протона.

Допустимые квантовые спиновые состояния задаются $m_I$, который принимает следующие значения \begin{equation}\label{ec2} m_I=-I, -I+1, ...., I-1, I \end{equation} Количество значений, которые $m_I$ принимает для заданного значения I, равно $2I+1$. Таким образом, для ядра с I=1/2 возможны два квантовых состояния спина, определяемые $m_I=-1/2, 1/2$. Ядро с I=1 имеет три разрешенных спиновых состояния $m_I=-1, 0, +1$. В отсутствие магнитного поля спиновые квантовые состояния вырождены.