تُعد مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ثلاثي الرنين جزءاً أساسياً من تحديد البنية الفراغية للبروتينات، إذ تتيح دراسة التفاعلات بين نوى ذرية مختلفة داخل الجزيء بصورة دقيقة تساعد على استنتاج ترتيب الذرات ووضعها في الفضاء. وتُستخدم هذه التقنية خصوصاً في تحليل الجزيئات الحيوية المعقدة التي يصعب فحصها بوسائل أخرى، مما يجعلها أداة مهمة في أبحاث الكيمياء الحيوية والبيولوجيا البنيوية.

إدوارد ميلز بورسيل (١٩١٢ - ١٩٩٧): فيزيائي أمريكي شارك في اكتشاف الرنين المغناطيسي النووي في المواد الصلبة والسائلة، وهو اكتشاف أصبح أساساً لتقنيات تحليل المواد والتصوير الطبي. نال جائزة نوبل في الفيزياء عام ١٩٥٢ مع فيليكس بلوخ. أسهم كذلك في اكتشاف إشعاع الهيدروجين المحايد ذي طول الموجة ٢١ سنتيمتراً، ما فتح مجالاً واسعاً لدراسة بنية مجرة درب التبانة بالفلك الراديوي.

مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للبروتين مجال من البيولوجيا البنيوية يستعمل طيف الرنين المغناطيسي النووي لكشف بنية وديناميكية البروتينات ووظائفها؛ تتضمن تحضير العينات وتسجيل الأصداء وتعيينها واستخلاص قيود تباعد وزوايا ثم حساب والتحقق من الهياكل، وطورت بجهود باحثين كريتشارد إرنست وكورت ڤوتريش وتُستخدم في الأكاديميا وصناعة التكنولوجيا الحيوية.

الانزياح الكيميائي مقياس في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي يعبر عن فرق توتر رنين نواة في عيّنة مقارنةً بقيمة مرجعية عند نفس المجال المغناطيسي، ويرتبط بالبنية والبيئة الإلكترونية للجزيء؛ وعادة يُستخدم ثلاثي ميثيل السيلان معيارًا، وينطبق توتر لارمور ω٠=γB٠.

يمكن استخدام علم البلورات بالاستفادة من الرنين المغناطيسي النووي لاستكشاف خصائص التكوينات البلورية الدقيقة التي تكون حبيباتها صغيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها أو تحليلها بوضوح عبر حيود الأشعة السينية أو حيود النيوترونات أو حيود الإلكترونات. ويتيح هذا الأسلوب فهماً أدق للبنية المجهرية في الحالات التي تعجز فيها تقنيات الحيود التقليدية عن تقديم صورة كافية، ولا سيما عندما تكون البلورات متناهية الصغر أو شديدة التعقيد في تنظيمها الداخلي.