Finora la descrizione degli spettri NMR del protone è stata ampiamente semplificata dal fatto che tutti i segnali, ad eccezione dei segnali dell'anello di benzene nell'acetato di benzile, erano singoletti. La struttura del composto organico dell'etilbenzene e lo spettro corrispondente del protone sono illustrati rispettivamente nella figura sull'etilbenzene e nella figura sullo spettro dell'etilbenzene. Come in precedenza, i protoni sono stati etichettati come tre gruppi distinti, corrispondenti ai tre ambienti atomici di base.

La differenza più ovvia tra i segnali di questo spettro ed i segnali dell'acetato di benzile riguarda la separazione in  multipletti. Il segnale emesso dai protoni CH3 è un  tripletto ed il segnale emesso dai protoni CH₂ è un  quartetto. Si osservi inoltre che le posizioni dei segnali non coincidono. I protoni CH₃ dell'acetato di benzile emettono un segnale a 1,85 ppm, mentre i corrispondenti protoni CH₃ dell'etilbenzene emettono un segnale segnale tripletto a 1,25 ppm. Ciò non dovrebbe sorprendere in quanto i due gruppi CH₃ si trovano in ambienti chimici differenti.

La causa della separazione di un segnale singolo in un multipletto è dovuta all'effetto noto come accoppiamento spin-spin. Un resoconto completo di tale effetto esulerebbe dalla portata di questo manuale e si consiglia pertanto al lettore di fare riferimento ad un testo standard di NMR per ulteriori dettagli. Per i nostri scopi sarà sufficiente una breve spiegazione dell'accoppiamento spin-spin.

La separazione dei segnali NMR nell'illustrazione sull'etilbenzene è dovuta ad un'interazione magnetica con i protoni vicini. I due protoni H_f sono magneticamente equivalenti e non interagiscono tra loro. Analogamente, i tre protoni H_e sono magneticamente equivalenti e non si influenzano a vicenda. Tuttavia, i due protoni H_f e i tre protoni He si trovano in ambienti locali diversi e sono “accoppiati” tra loro tramite gli elettroni di legame. Il risultato netto di tale accoppiamento è che i due gruppi di protoni interagiscono tra loro, causando lo splitting dei segnali NMR.

I due protoni H_f possono combinarsi tra loro ed esistere in tre possibili stati magnetici (è il risultato dell'orientamento degli spin da cui deriva il termine di accoppiamento spin-spin). In seguito all'accoppiamento, i segnali NMR emessi dai protoni H_e risuonano a tre frequenze possibili e si osserva un tripletto.

Analogamente, l'effetto dei protoni He è la separazione dei segnali H_f. I tre protoni He possono combinarsi tra loro ed esistere in quattro possibili stati magnetici. Di conseguenza, i protoni H_f risuonano a quattro frequenze possibili e il segnale viene separato in un quartetto.

Anche i segnali dei protoni del benzene sono separati a causa della non equivalenza magnetica e del risultante accoppiamento spin-spin. Sorge spontanea la domanda sul perché i protoni CH₂ e CH₃ dell'etilbenzene interagiscono tra loro mentre i due gruppi di protoni analoghi dell'acetato di benzile non interagiscono. La risposta dipende dal numero di legami che separano i due gruppi. Nell'etilbenzene i due gruppi di protoni sono legati agli atomi adiacenti di carbonio e si presuppone che interagiscano sufficientemente tra loro. Nell'acetato di benzile, i due atomi di carbonio C_c e C_b sono collegati attraverso due legami extra tra l'ossigeno e un altro atomo di carbonio. Di conseguenza i gruppi di protoni sono troppo lontani tra loro da rilevare un accoppiamento spin-spin.