Sondę  projektuje się w tym celu, aby utrzymywała próbkę, wysyłała sygnały o częstotliwości radiowej, które wzbudzają próbkę, i odbierała sygnały emitowane. Nadawanie sygnałów i ich odbiór następuje za pomocą specjalnie zaprojektowanych cewek częstotliwości radiowej  (RF).

Sondę wprowadza się w dolną część magnesu; znajduje się ona wewnątrz elementów kompensacyjnych o temperaturze pokojowej. Przewody koncentryczne przekazują sygnały wzbudzające ze wzmacniaczy w konsoli do sondy i sygnał NMR ponownie z próbki do odbiornika. Przewody przebiegają przez grupę przedwzmacniaczy (HPPR) znajdujących się w pobliżu podstawy magnesu, zaś w przypadku systemów NanoBay są wbudowane w konsolę. Przedwmacniacze  są niezbędne do wzmocnienia sygnałów NMR, które zazwyczaj są bardzo słabe.

Sondy mogą mieć różną wielkość i mogą być różnych typów. Wielkość sondy podaje się w odniesieniu do wielkości probówki na próbkę, którą można do nich wprowadzić; najczęściej wykorzystuje się średnice probówek na próbki 5 mm i 10 mm. Wykorzystywane są różne rodzaje sond w zależności od rodzaju eksperymentów.  Sondy selektywne  są zaprojektowane specjalnie do obserwacji konkretnych jąder, np. 13C, zaś sondy do rejestracji wielu jąder (X-BB lub szerokopasmowe) można wykorzystywać przy badaniu szerokiego zakresu jąder. Liczba i konstrukcja cewek wewnętrznych to parametry odróżniające fizycznie poszczególne rodzaje sond. Ponadto średnica zewnętrzna i długość sondy są zgodne z wymaganiami dostosowanymi do poszczególnych magnesów (średnica duża lub standardowa; różna długość od dna do środka pola magnetycznego w przypadku magnesów o różnym natężeniu pola).

Sygnały wchodzą do cewki sondy i ją opuszczają przez złącza, które zostały jednoznacznie oznakowane; znajdują się one u podstawy sondy. Ten sam przewód wykorzystuje się do przesyłania sygnału do sondy i od sondy. Każda sonda zawiera cewkę wewnętrzną ( cewka rejestracyjna ). Cewka ta znajduje się możliwie najbliżej próbki, aby zwiększyć czułość do maksimum. Oznakowanie kolorami złącz BNC cewki wewnętrznej jest zgodne z prostym schematem. Kolor jest zawsze ten sam co kolor prostokątnego paska znajdującego się bezpośrednio nad złączami BNC. Poniższy rysunek pokazuje oznakowanie sondy do rejestracji wielu jąder. W tym wypadku  cewka szerokopasmowa  jest cewką wewnętrzną.