Po vložení vzorky do magnetického poľa sú v prvom momente všetky energetické stavy spinov (všetky orientácie spinov v magnetickom poli) rovnako pravdepodobné. Z hľadiska termodynamiky to znamená, že systém spinov je pri nekonečne vysokej teplote (Boltzmanov zákon). Interakciou s ostatnými zložkami vzorky (ktoré je zvykom nazývať mriežka) spinový systém postupne odovzdá svoju prebytočnú energiu a ochladí sa na teplotu mriežky (pretože celková energia spinov je oproti energií mriežky zanedbateľná, teplota mriežky sa prakticky nezmení). Výmena energie medzi spinmi a mriežkou spôsobuje čiastočnú polarizáciu vzorky v smere osi z (v smere B0) s čím je spojený vznik M0.
Orientácia spinov v rovine xy síce neovplyvňuje celkovú energiu spinov no vznik fázovej koherencie (Mxy zložky magnetizácie) po impulze B1 zvyšuje usporiadanosť v systéme spinov a teda zníženie jeho entropie. Termodynamika však postuluje, že Mxy magnetizácia po svojom vzniku bude následne spontánne zanikať (zvyšovanie entropie).
Relaxácia vzorky, teda proces ustanovenia termodynamickej rovnováhy zahŕňa v sebe teda dva spontánne procesy: výmena energie a zmena entropie. O mechanizme týchto procesov však termodynamika nič nehovorí.
Pri väčšine spektroskopických metodík (UV, IČ, Raman,..) najdôležitejším mechanizmom relaxácie je spontánne vyžiarenie prebytočnej energie emisiou fotónov. Ustanovenie termodynamickej rovnováhy pri týchto metodikách je veľmi rýchle a trvá rádovo femto- až mikrosekundy. Efektivita tohto mechanizmu prudko klesá s poklesom frekvencie emž ktoré daná metodika používa a pri NMR je úplne zanedbateľná.
Pre NMR sú preto dôležité iné relaxačné procesy, ktoré sú menej efektívne. Na jednej strane to znižuje citlivosť metodiky (pomalá rýchlosť akumulácie spektier) no na druhej strane to umožňuje merať veľmi malé rozdiely v energetickom spektre vzorky (spektra vysokého rozlíšenia) ako aj vykonávať zložité NMR experimenty, ktoré sú technicky umožnené dlhou dobou trvania rôznych prechodných usporiadaných stavov vzorky (rôznych typoch koherencií), ktoré sa dajú počas experimentu cielene využívať na získanie cenných spektroskopických informácií.
