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.

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.

الرنين المغناطيسي الفيزيائي عملية إثارة حالات طاقة في أنظمة ذات عزم مغناطيسي بواسطة حقول مغناطيسية مترددة، تُستخدم في تطوير التصوير بالرنين المغناطيسي، والتحليل الطيفي للرنين المغناطيسي النووي، وتقنيات الحوسبة الكمومية، ويُكشف فرق المستويات بقياس تردد الرنين حيث تزداد احتمالية الانتقال بين حالتين.

اكتشف "يفغيني زافويسكي" ظاهرة الرنين المغناطيسي الإلكتروني البارامغناطيسي في ١٩٤٤، غير أن الفرصة فاتته قبل ذلك بثلاث سنوات لاكتشاف الرنين المغناطيسي النووي. ويُنظر إلى هذا التسلسل على أنه مثال على كيف قد يسبق إنجاز علمي مهم آخرَ قريباً منه زمنياً من دون أن يقع التنبيه إليه في اللحظة نفسها، رغم أن الفارق بين الظاهرتين كان محدوداً في السياق البحثي الذي كان يعمل فيه.

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.