Dal momento che l'isotopo ¹H è quello più comunemente osservato negli esperimenti NMR, questo isotopo verrà ora trattato in maggiore dettaglio. Un nucleo di ¹H contiene un singolo protone e gli spettri in cui ¹H rappresenta il nucleo osservato sono normalmente denominati spettri protonici .

In precedenza è stato affermato che un protone in un magnete di 11,7 T esibirà una frequenza di risonanza di base di circa 500 MHz, ma l'esatta frequenza di risonanza dipenderà dall'intorno atomico locale. Un protone in una molecola di cloroformio risuona a una frequenza leggermente diversa da quella di un protone in una molecola di benzene (C₆H₆). Pertanto, la frequenza emessa funge da etichetta che fornisce agli analisti informazioni qualitative sul vicinato atomico locale in cui si trova un protone. Questa è la base dell'NMR.

La variazione nella frequenza di risonanza precisa è detta spostamento chimico . La frequenza di risonanza viene spostata per effetto degli atomi adiacenti e dell'entità della schermatura magnetica degli elettroni locali, come discusso in precedenza. L'entità dello spostamento è normalmente misurata in ppm rispetto al picco del TMS che è posto come riferimento a 0 ppm.

La maggior parte dei protoni, indipendentemente dal composto organico a cui sono legati, presenta spostamenti chimici entro 14 ppm dal TMS. La figura che segue rappresenta un'illustrazione dei tipici spostamenti chimici di protoni nei composti organici.