原子核：核自旋态粒子数分布

在接近绝对零度的温度下，存在磁场时，大多数原子核倾向于处于较低能量的自旋 +½ 态，而非较高能量的自旋 −½ 态。

在室温下，热碰撞的能量使得自旋在两种状态之间的分布更加均匀，这符合玻尔兹曼分布方程的描述。

N₊ 和 N₋ 分别表示预测处于自旋 +½ 态和自旋 −½ 态的自旋数目。

自旋态之间的能量差 ΔE 可表示为 hν，其中 h 为普朗克常数，ν 为核磁共振仪器的工作频率。k 为玻尔兹曼常数，T 为以开尔文为单位测量的绝对温度。

例如，在60 MHz的仪器中，于298开尔文下，较低能级状态在两百万个产生核磁共振信号的原子核中，大约有九到十个的过剩布居数。

使用更高的工作频率会增大能隙和过剩粒子数。