La sonda  è progettata per ospitare il campione, trasmettere i segnali di radiofrequenza che eccitano il campione e ricevere la risposta emessa. La trasmissione e la ricezione avvengono mediante apposite bobine RF .

La sonda viene inserita nella parte inferiore del magnete e alloggia all'interno delle shim a temperatura ambiente. I cavi coassiali trasportano i segnali di eccitazione dagli amplificatori della consolle alla sonda e il segnale NMR di ritorno dal campione al ricevitore. I cavi vengono instradati mediante i preamplificatori (l'HPPR) situati in prossimità della base del magnete o su sistemi NanoBay integrati nella consolle. I  preamplificatori sono necessari per aumentare l'intensità dei segnali NMR che in genere è molto debole.

 

Le sonde sono disponibili in varie dimensioni e diversi tipi. La dimensione della sonda è espressa in termini di dimensioni della provetta del campione che può ospitare; i diametri più frequenti delle provette di campione sono compresi tra 5 mm e 10 mm. Vengono utilizzati diversi tipi di sonde a seconda del tipo di esperimento.  Le sonde  selettive sono appositamente progettate per osservare nuclei specifici, ad esempio 13C, mentre le sonde multinucleari (X-BB o a banda larga) possono essere utilizzate per analizzare un'ampia gamma di nuclei. I tipi di sonde si differenziano fisicamente tra loro, in base al numero e al tipo di bobina interna. Inoltre, il diametro esterno e la lunghezza della sonda dipendono dalle specifiche dei vari magneti (apertura larga o standard, lunghezze differenti dalla base al centro del campo magnetico a seconda dell'intensità del campo).

I segnali entrano ed escono dalle bobine della sonda tramite connettori chiaramente etichettati e situati alla base della sonda stessa. Lo stesso cavo viene utilizzato sia per portare il segnale alla sonda che per riceverlo. Ogni sonda ha una bobina interna (la  bobina  di osservazione). Questa bobina è situata il più possibile vicino al volume del campione per massimizzare la sensibilità. La codifica a colori del BNC della bobina interna segue una semplice regola: ha sempre lo stesso colore della striscia rettangolare posizionata direttamente sopra i connettori BNC. La figura che segue mostra l'etichettatura di una sonda multinucleare. In questo caso la  bobina a banda larga  è la bobina interna.