根据Bohzmann定律计算，体系在平衡状态时，低能级核比高能级的核只占有极微的优势，如低能级比高能级大约仅多(或称“过量”)10个质子，且磁核在各能级上的玻兹曼分布是热动态平衡。因为低能级上的粒子略居多数，当选用射频场(Hx)去照射样品时，在单位时间内从低能级向高能级跃迁的粒子数，将多于从高能级向低能级跃迁的粒子数，玻兹曼平衡遭到破坏，核体系呈激发状态(或称受激态)。这样，在实验中就有净的能量吸收，表现为可测得的核磁共振信号，低能态粒子数愈多，信号愈强。若仅仅只有上述跃迁过程，随着时间的推移，低能级上所过量的粒子数愈来愈少，最后、高低能级上分布的粒子数相等，此时从低能级向高能级与从高能级向低能级跃迁的粒子数也达到相等，核体系没有净的能量吸收，NMR信号也随之消失。但实际上只要合理地选用照射强度H1,就可以连续地观测到NMR信号。这说明必然存在着使低能级上的磁核保持微弱多数的内在因素，在核磁共振中，自发辐射的可能性可忽略不计。人们把受激态高能级上的磁核失去能量跳回低能级的非辐射过程称为弛豫。弛豫过程又可分为自旋一晶格弛豫及自旋一自旋弛豫两大类。

1．自旋一晶格弛豫过程

自旋一晶格弛豫(spin—lattice relaxation)又称纵向弛豫(1ongitudinal relaxation)，是受激高能态磁核i与环境(即晶格，它泛指磁核i周围的介质粒子)相互作用，把能量传递给环境，自身回到低能级，使核体系中的粒子分布，趋向于恢复玻兹曼平衡状态的过程。引起这一过程的主要原因是由于液体分子的无规则运动，使介质分子在i核上产生起伏的局部磁场，这些局部磁场所包括的频率范围很宽，其中必有某一频率恰等于核i的拉莫频率，这就构成了发生共振的条件，使核i可以把能量传递给环境。能量转移的结果，使弛豫的磁核体系总的能量降低，环境所获得的能量变为介质分子的热运动。

不同的磁核从受激态恢复到玻兹曼平衡所需的时间不同，即使是同类磁核，由于它们在分子中所处的环境不同，恢复过程所需时间也不同，即弛豫速度是各不相同的。常用自旋一晶格弛豫时间T1作为自旋一晶格弛豫速度的量度。实际上，T1是过量粒子数通过自旋一晶格弛豫下降到最初值所需要的时间。l／T1的大小反映出弛豫速度的快慢(或弛豫效率的高低)。

2．自旋一自旋弛豫过程

自旋一自旋弛豫(spin—spin relaxation)又称横向弛豫(transverse relaxation)。这是受激核体系的高能态磁核，把能量传递给与它相同的低能态磁核，自己回到低能态的过程。横向弛豫效率常用1／T2表示，T2称为自旋一自旋弛豫时间。自旋一自旋弛豫过程只是完成了同种磁核自旋状态的交换，不影响受激核体系的总能量，因此对恢复玻兹曼平衡没有贡献，但T2和T1一样能够影响NMR信号峰的宽度。

弛豫时间虽分为T1和T2，但对于每一个磁核来说，在某一高能级停留的平均时间仅取决于T1及T2之较小者，一般T1≥T2。

由弛豫所引起NMR信号峰的加宽，可以用海森伯(Heisenberg)测不准原理来估计。量子力学告诉我们，微观粒子能量(E)和它可以进行测量的时间(f)这两个值不可能同时精确的确定。谱线的宽度与弛豫时间成反比。固体样品的疋很小，所以谱线非常宽；另外如电四极矩的磁核或受电四极矩影响的磁核，都因有很高的弛豫效率而谱线很宽，实际上常检测不到。为得到分辨率较高的共振谱，固体样品须配成溶液测试，黏度较大的溶液亦不适宜，液体样品最好也配成溶液测试，以免浓度过大使谱线变宽而影响分辨。

对于红外和紫外光谱△E较大，在吸收电磁波后，均能通过自发幅射过程由高能级回到低能级，弛豫时间对于谱线宽度影响较小。