核磁共振技術是利用原子核的順磁性以及與它們相互作用的外加磁場。原子核是一具有自旋而且帶電的系統，所以它們的旋轉便產生磁場，其強度和方向可用一組核磁矩(M)的矢量參數來表示。在沒有任何外場的情況下，核磁矩(M)是無規律地自由排列的。在有固定的均勻強磁場 σ0影響下，這個自旋系統被極化，即M重新排列取向，沿著磁場方向排列。同時，原子核還存在軌道動量矩，象陀螺一樣環繞，這個場的方向以頻率ω0 進動。 ω0與磁場強度σ0 成正比，并稱 ω0為拉莫爾頻率。

在極化后的磁場中，如果在垂直于 的方向再加一個交變磁場，其頻率也為，將會發生共振吸收現象，即處于低能態的核磁矩，通過吸收交變磁場提供的能量，越遷至高能態，此現象稱為核磁共振。

造巖元素中各種原子核的核磁共振效應的數值是不同的，它首先決定于原子核的旋磁比，巖石中元素的天然含量以及包含該元素的物質賦存狀態。

核磁測井以氫核與外加磁場的相互作用為基礎，可直接測量孔隙流體的特征，不受巖石骨架礦物的影響，能提供豐富的底信息，如地層的有效孔隙度、自由流體孔隙度、束縛水孔隙度、孔徑分布及滲透率等參數。

氫核在地磁場中具有最大的旋磁比和最高的共振頻率，根據含氫物質的旋磁比、天然含量和賦存狀態，氫是在鉆井條件下最容易研究的元素。因此，包含某種流（水、油或天然氣）中的氫原子核是核磁測井的研究對象。

對于靜磁場，熱平衡時，處于地磁場的氫核自旋系統的磁化矢量與靜磁場方向相同，加極化磁場后，磁化矢量偏離靜磁場方向，經核磁共振達到高能級的非平衡狀態，斷掉交變極化磁場后，磁化矢量又將通過自由進動朝著靜磁場方向恢復，使自旋系統從高能級的非平衡狀態恢復到低能級的平衡狀態，這個恢復過程稱為弛豫時間。

實際測井時，以地磁場當成靜磁場，通過下井儀首先把一個很強的極化磁場加到地層中，等氫核完全極化后，再撤去極化場，則氫核磁化矢量便繞地磁場自由進動，在接收線圈中就可測到一個感應電動勢。由于束縛水和可動流體的弛豫時間不同，所以束縛水、可動流體在接收線圈中產生的感應電動勢的強弱和持續時間也不一樣。測井前事先刻度出束縛水和可動流體的弛豫時間，這樣束縛水、可動流體的信息就可直接在測井曲線上反映出來，即可直接計算出自由水、束縛水飽和度。