La sonda  se ha diseñado para sostener la muestra, transmitir señales de radiofrecuencia que excitan la muestra y recibir la respuesta emitida. La transmisión y la recepción se realizan utilizando bobinas RF diseñadas especialmente .

La sonda se inserta en la parte inferior del imán y se aloja dentro de los "shims" de temperatura ambiente. Los cables coaxiales transportan las señales de excitación desde los amplificadores de la consola hasta la sonda y la señal de RMN regresa de la muestra al receptor. Se traza el cableado mediante un conjunto de preamplificadores (HPPR) que están situados junto a la base del imán o en sistemas NanoBay en el interior de la consola. Los  preamplificadores son necesarios para potenciar las señales de RMN, que normalmente son muy débiles.

 

Hay sondas de muy diversos tamaños y tipos. El tamaño de la sonda se clasifica en función del tamaño del tubo de muestra para el que ha sido diseñado, siendo los diámetros de tubo de muestra de 5 mm y de 10 mm los más utilizados. Se emplean diferentes tipos de sonda dependiendo del tipo de experimento. Las  sondas  selectivas están especialmente diseñadas para observar núcleos específicos, por ejemplo 13C; mientras que las sondas multinucleares (X-BB o de banda ancha) se pueden utilizar para analizar un amplio rango de núcleos. Lo que distingue físicamente un tipo de sondas de otras es el número y el diseño de las bobinas internas. Además, el diámetro exterior y la longitud de la sonda se construyen según las especificaciones de los distintos imanes (cavidad ancha o cavidad estándar, diferente longitud desde la parte inferior hasta el centro del campo magnético para imanes con distintas intensidades de campo).

Las señales entran y salen de las bobinas de la sonda por medio de conectores claramente etiquetados y situados en la base de la sonda. Se utiliza el mismo cable para transportar la señal hacia y desde la sonda. Cada sonda tiene una bobina interna (la  bobina  observada). Esta bobina es la que está situada más cerca del volumen de muestra para maximizar la sensibilidad. El código de colores de la bobina interior BNC sigue una norma sencilla. Siempre tiene el mismo color que la banda rectangular situada directamente encima de los conectores BNC. La siguiente figura muestra el etiquetado de una sonda multinuclear. En este caso, la  bobina de banda ancha  es la bobina interna.