Hiện tượng Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) được Felix Bloch ở Đại học Stanford và Edward Purcell ở Đại học Harvard phát hiện cuối năm 1945.[1][2] Vì cộng hưởng từ của hạt nhân hydro dễ quan sát nhất, nên được dùng vào máy đo từ. Sau này các nghiên cứu cho thấy cường độ và độ suy giảm tín hiệu tuế sai liên quan chặt chẽ với hàm lượng hydro, nên đã vận dụng chế tạo máy chụp cộng hưởng từ MRI của ngành y tế để thu được ảnh phân bố mô 3D.

Hiện tượng cộng hưởng từ được mô tả như sau. Các hạt nhân mang điện, tự quay quanh trục nên có moment cơ (spin) và moment từ xác định. Trong từ trường, moment từ làm cho hạt luôn định hướng trục theo phương từ trường.

Nếu dùng một cuộn dây kiểu solenoid phát từ trường mạnh, có phương gần vuông góc với từ trường Trái Đất để từ hóa một khối giàu hydro trong lõi, thì các hạt nhân sẽ định hướng theo phương này. Sau đó cắt trường từ hóa, thì trục quay hạt nhân sẽ định hướng lại theo từ trường Trái Đất. Song theo hiệu ứng con vụ, trục sẽ chuyển động tuế sai, chuyển động này tạo ra trường điện từ yếu và tắt dần đến khi định hướng hoàn thành. Quá trình được kiểm soát để lượng lớn các hạt chuyển động đồng bộ với nhau, gọi là trạng thái cộng hưởng.

Tín hiệu tuế sai có tần số bằng giá trị từ trường nhân với Hệ số con vụ điện từ K (Gyromagnetic ratio), còn độ lớn và mức tắt dần phản ánh số lượng và mật độ hạt tham gia tạo trường. Dùng khối giàu hydro thì xác định được tần số tuế sai của proton.

Tại vùng trục solenoid gần trùng phương với từ trường thì tuế sai cực yếu, máy không đo được trường từ, và được gọi là vùng góc chết (Dead zone).