Podem ser realizadas três experiências distintas, conforme indicado na figura abaixo, correspondentes aos três possíveis núcleos de observação: ¹H, ¹³C e ³⁵Cl.

 

Três impulsos de excitação (E₁, E₂, E₃) são incididos sobre a amostra nas frequências portadoras adequadas. E₁ corresponde à frequência de ressonância do 1H, E₂ para a frequência do ¹³C e E₃ para a frequência do ³⁵Cl. Assumindo que os três isótopos foram excitados com êxito, a amostra emite sinais em três frequências f₁, f₂ e f₃, as quais são registadas em três espectros distintos. Se os sinais emitidos forem apresentados num único gráfico, o utilizador pode antecipar um espectro semelhante ao ilustrado na figura abaixo (tenha em atenção que as frequências indicadas correspondem a um íman de 11,7 T e que todos os sinais foram traçados como singletos , ou seja, picos únicos).

Este espectro artificial apresenta três picos correspondentes aos três isótopos. Tendo em conta os números relativos dos três isótopos, poderia esperar-se que a intensidade dos picos de cloro, de hidrogénio e de carbono apresentassem a razão 3:1:1. No entanto, a   dos três isótopos também deve ser contabilizada, resultando na razão 227:100:1. O utilizador irá observar que as razões de intensidade de picos determinadas experimentalmente não são concordantes com estes valores. Isto explica-se por cada isótopo ter uma  sensibilidade inerente à técnica de NMR. O ¹H é 63 vezes mais sensível à NMR do que o ¹³C. Por conseguinte, mesmo que uma amostra contenha exatamente o mesmo número de núcleos de ¹H e de ¹³C, a intensidade dos sinais de ¹H é 63 vezes superior à dos sinais de ¹³C.

Ao obter um gráfico semelhante ao ilustrado na figura acima, qualquer informação detalhada é perdida e não é possível obter uma determinação precisa de uma frequência específica. O espectro dir-se-ia de resolução muito fraca (a resolução horizontal de um espectro  é uma medida da qualidade de diferenciação entre dois sinais de frequência semelhante).

A grande amplitude da escala vertical é outro fator problemático. Devido à variação na sensibilidade inerente à NMR, em conjunto com as variações na abundância natural, o traçado de sinais de isótopos num único gráfico é frequentemente não exequível. De facto, a resolução vertical do espectro será muito fraca (a resolução vertical, ou seja, a razão sinal-ruído de um espectro, é uma medida da sensibilidade).

Se a nossa análise do clorofórmio parece estar a ser complicada até ao momento, isto sucede porque tentamos comparar os sinais de três núcleos de observação diferentes num único espectro (neste caso, são ignoradas todas as restrições do hardware ou eletrónicas). Por este motivo, na prática, as experiências de NMR são realizadas com um único núcleo de observação. Apesar de ser possível excitar mais do que um isótopo em simultâneo, ao utilizar mais do que uma frequência portadora (p. ex., experiências de desacoplamento) apenas são observados os sinais de um único isótopo. Desta forma, a análise do espectro é muito simplificada.

Foi mencionado anteriormente que as variações na frequência de ressonância básica devido ao ambiente atómico local têm tendência a ser relativamente pequenas. Por conseguinte, não serão observados grandes intervalos espectrais. Adicionalmente, a abundância natural e a sensibilidade inerente serão sempre constantes para um isótopo específico. Consequentemente, a intensidade relativa de, p. ex., dois sinais emitidos por isótopos ¹H num único espectro depende exclusivamente do número de átomos que contribuem para o sinal. Isto simplifica grandemente a análise de espectros relativamente a informações quantitativas. Antes de avançar para uma descrição mais pormenorizada da NMR, o leitor deve familiarizar-se com o conceito de medição de sinais em ppm   (partes por milhão) relativamente a um sinal de referência.