由于在 NMR 实验中，¹H 是最常观察到的同位素，现在对此进行更为详细的论述。一个 ¹H 原子核包含一个单独的质子，以 ¹H 作为观察原子核的频谱通常被称作质子频谱 。

如前所述，在 11.7 T 磁体中的质子会显示出一个大约 500 MHz 的基础共振频率，但是精确的共振频率取决于局部原子环境。与苯 (C₆H₆) 中的质子相比较，在三氯甲烷分子中的质子在一个略微不同的频率上共振。因此，发射频率用作标签，给予了分析人员关于质子所处的局部相邻原子环境的定性信息。这是 NMR 的基础。

在精确共振频率上的差异被称为“化学位移  ”。受到相邻原子，特别是以前讨论过的局部电子的磁屏蔽程度的影响，共振频率有了位移。位移的大小通常用相对于以 0 ppm 为参照的 TMS 峰的 ppm 值来计量。

无论它们与哪个有机化合物相结合，大多数质子显示出相对于 TMS 14 ppm 以内的化学位移。