È possibile condurre tre esperimenti separati, come indicato nella figura che segue, corrispondenti ai tre possibili nuclei di osservazione ¹H, ¹³C e ³⁵Cl.

 

Al campione vengono inviati tre impulsi di eccitazione (E₁, E₂, E₃) alle appropriate frequenze portanti. E₁ corrisponde alla frequenza di risonanza di ¹H, E₂ alla frequenza di ¹³C ed E₃ alla frequenza del ³⁵Cl. Nell'ipotesi che i tre isotopi vengano eccitati in modo efficiente, il campione emetterà segnali alle tre frequenze f₁, f₂ ed f₃ che vengono registrate su tre spettri separati. Se i segnali emessi vengono visualizzati in un singolo grafico, l'utente può aspettarsi uno spettro simile a quello nella figura sottostante (si noti che le frequenze del segnale illustrate sono relative a un magnete da 11,7 T e che tutti i segnali sono rappresentati come singoletti , ovvero picchi singoli).

 

Questo spettro artificiale mostra tre picchi che corrispondono ai tre isotopi. Tenendo conto dei numeri relativi dei tre isotopi, ci si potrebbe aspettare che il rapporto dell'intensità dei picchi di cloro, idrogeno e carbonio fosse 3:1:1. Tuttavia, deve essere tenuta in considerazione anche l'abbondanza naturale  dei tre isotopi, che comporta un rapporto di 227:100:1. L'utente può verificare che i rapporti dell'intensità dei picchi determinata sperimentalmente non è in accordo con questi valori. Il motivo di questa discrepanza è la sensibilità  intrinseca alla tecnica NMR di ciascun isotopo. L'¹H è 63 volte più sensibile all'NMR del ¹³C. Questo significa che se anche un campione contenesse lo stesso numero di nuclei ¹H e di nuclei ¹³C, l'intensità dei segnali ¹H sarebbe 63 volte superiore a quella dei segnali ¹³C.

Con un grafico come quello della figura di sopra, si perderebbe ogni informazione dettagliata e non sarebbe possibile determinare in modo preciso il valore della frequenza. Si direbbe che lo spettro mostra una scarsa risoluzione (la risoluzione orizzontale di uno spettro  è una misura di quanto gli spettri di due segnali vicini in frequenza siano ben definiti).

Un'ulteriore complicazione è l'enorme intervallo nella scala verticale. La variazione nella sensibilità intrinseca all'NMR, abbinata alle variazioni nell'abbondanza naturale, spesso rende improponibile riportare su un unico grafico i segnali di isotopi diversi. Di fatto, la risoluzione verticale dello spettro sarà molto scarsa (la risoluzione verticale, cioè il rapporto tra segnale e rumore di uno spettro è una misura della sensibilità).

Se la nostra analisi del cloroformio si dimostra piuttosto complicata, è perché stiamo tentando di confrontare i segnali di tre nuclei diversi osservati su un unico spettro (trascurando per il momento qualsiasi considerazione su limiti hardware ed elettronici). Pertanto, in pratica gli esperimenti NMR vengono eseguiti osservando un solo nucleo. Sebbene sia possibile eccitare simultaneamente più di un isotopo, usando più di una frequenza portante (per esempio in esperimenti con disaccoppiamento), osserviamo solo i segnali di un singolo isotopo. Questo semplifica enormemente l'analisi dello spettro.

In precedenza abbiamo detto che le variazioni nella frequenza di risonanza di base determinate dall'intorno atomico locale tendono ad essere relativamente piccole. Quindi, non si avranno ampi intervalli spettrali. Inoltre, l'abbondanza naturale e la sensibilità intrinseca saranno sempre le stesse per ciascun isotopo. Quindi, l'intensità relativa diciamo di due segnali emessi dagli isotopi ¹H su un singolo spettro dipenderà esclusivamente dal numero di atomi che contribuiscono al segnale. Questo semplifica notevolmente l'analisi degli spettri per ottenere informazioni quantitative. Prima di procedere ulteriormente con una descrizione più dettagliata di NMR, il lettore deve acquisire familiarità con il concetto di misurazione dei segnali in ppm   (parti per milione) rispetto a un segnale di riferimento.