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.