Po umieszczeniu próbki o momencie magnetycznym w polu magnetycznym osiąga ona energię

Dla atomu o całkowitym momencie pędu całkowity dipolowy moment magnetyczny

gdzie: – współczynnik rozszczepienia spektroskopowego.

Energia atomu po umieszczeniu w polu magnetycznym:

right|200px|Mj values

Wektor każdego atomu może posiadać jedynie niektóre dozwolone orientacje determinowane przez zbiór wartości liczby kwantowej Jest to przyczyną ograniczenia energii do zbioru

gdzie:

W zewnętrznym polu magnetycznym rozszczepienie pojedynczego poziomu na podpoziomów zwane jest rozszczepieniem zeemanowskim. Jeżeli na stałe pole magnetyczne nałożymy zmienne pole magnetyczne o odpowiedniej częstotliwości w próbce zaczną zachodzić przejścia pomiędzy poziomami zeemanowskimi. Przejścia te zależne są od:

  możliwe tylko przejścia pomiędzy sąsiednimi poziomami    warunek dopasowania energetycznego

Rozkład Boltzmanna W praktyce nigdy nie mamy do czynienia z pojedynczą próbką, ale z populacją próbek z wieloma centrami paramagnetycznymi.