La sonda  está diseñada para sostener la muestra, transmitir las señales de RF que excitan la muestra y recibir la respuesta emitida. La transmisión y recepción se logra utilizando unas bobinas RF especialmente diseñadas .

La sonda se inserta en la parte inferior del imán y se asienta dentro del sistema de homogeneidad (shims) de temperatura ambiente. Cables coaxiales transportan las señales de excitación desde los amplificadores de la consola hasta la sonda y la señal de RMN emitida desde la muestra hasta el receptor. Los cables procedentes de los amplificadores llegan hasta los preamplificadores (HPPR), que se sitúan cerca del imán o en el interior de las consolas (cuando se trata de Sistemas tipo Nanobay) y desde estos continúan hasta la sonda. Los preamplificadores  son necesarios para aumentar las señales de RMN, normalmente muy débiles.

Hay diferentes tamaños y tipos de sonda . El tamaño de la sonda se clasifica en función del tamaño del tubo de muestra que puede sostener, siendo los diámetros de tubo de muestra de 5mm y de 10mm los más utilizados. Se emplean diferentes tipos de sonda dependiendo del tipo de experimento. Las sondas  selectivas  están especialmente diseñadas para observar un núcleo específico, por ejemplo 13C, mientras que las sondas  multinucleares  (X-BB  o de banda ancha) se pueden utilizar para analizar un amplio rango de núcleos. Lo que distingue físicamente un tipo de sondas de otras, es el número y el diseño de las bobinas internas. Además, el diámetro exterior y la longitud de la sonda se construye según las especificaciones de los distintos imanes (tubo interno ancho o tubo interno estándar; diferente longitud desde la parte inferior hasta el centro del campo magnético para imanes con distintas intensidades de campo).

Las señales entran y salen de las bobinas de la sonda por medio de conectores claramente etiquetados y situados en la base de la sonda. Se utiliza el mismo cable para transportar la señal hacia y desde la sonda. Cada sonda tiene una bobina interna (la bobina  de observación ) situada muy cerca del volumen de muestra para maximizar la sensibilidad. El código de colores de las conexiones de radiofrecuencia BNC sigue una norma sencilla. Siempre tiene el mismo color que la banda rectangular situada directamente encima de los conectores de radiofrecuencia BNC. La figura siguiente muestra el etiquetado de una sonda multinuclear. En este caso la bobina de banda ancha es la bobina interna.