原子核にはスピンと呼ばれる性質があり、これは小さな磁石のように働きます。磁場中ではスピンは歳差運動をし、その回転周波数はラーモア周波数と呼ばれます。ブロッホは液体水中の原子核、パーセルは結晶パラフィン中の原子核で共鳴現象を観測し、核磁気共鳴（NMR）を確立しました。共鳴周波数を精密に測定することで、原子核の磁気モーメントを以前よりも高い精度で決定できるようになりました。NMRは化学組成分析やタンパク質構造解析に役立ち、材料開発にも欠かせない手法となっています。さらに、NMRの原理を応用したMRIは、X線を使わずに体内を詳しく撮影できる安全な医療装置として普及しています。つまり、２人の研究は基礎物理から産業や医療まで幅広い影響を与えているのです。

核磁気共鳴は、スピン1/2などの原子核を静磁場B0中に置き、RFパルスで励起した後の自由歳差信号（FID）を検出する実験手法です。ブロッホはビーム計測法ではなく試料全体の磁化を検出する“自由歳差法”を提案し、ブロッホ方程式により磁化ベクトルMの時間応答を理論化しました。一方パーセルは共振回路内に固体試料を配置し、誘導電圧の変化として共鳴を観測しました。両者の手法は核スピンの縦緩和（T1）と横緩和（T2）を定量化し、核磁気モーメントや化学シフト、四極子相互作用の決定を可能にしました。その精度は当時の光学分光を凌ぎ、核構造モデルの検証に直接貢献しました。1960年代以降はパルスNMR、FT-NMRへと発展し、分解能と感度が飛躍的に向上します。NMRスペクトルの帰属解析は有機化学の反応機構解明や創薬での品質管理の基盤となっています。また、強磁場超伝導マグネットの発展によりハイフィールドNMRが実現し、大分子の立体構造解析が可能になりました。医用分野では、空間勾配磁場と再構成アルゴリズムを組み合わせたMRIが臨床標準技術となり、fMRIやMRSなどの機能計測も行われています。ブロッホとパーセルの先駆的研究は、今日の“スピン科学”全体の出発点と言えます。

ブロッホは水サンプルをB0≈520Gに静磁化し、RFパルス終了後の自由歳差信号を誘導コイルで検出、M⊥の減衰からT2≈1.1sを導出した。彼はさらにM∥の指数回復を解析し、T1≈5sと決定、これらを組み込んでdM/dt = γ(M × B) − (M⊥/T2) ê⊥ − (M∥ − M0)/T1 ê∥ の形式でBloch方程式を定式化した。一方パーセルは450MHz級のRF回路とQ≈80の高Q共振器を用い、固体パラフィン中の^1Hスピンを観測、吸収ピーク幅から結晶格子の局所運動を議論した。両者の測定精度はΔν/ν〜10^-5を達成し、g因子異常や核クロスオーバー現象の検出に道を開いた。この技術は後の水平磁化保持やHahnスピンエコー法の改良に直結し、高分解能固体NMRやDNPへ発展する。さらにBloch–Siegertシフトや遮蔽効果などの二次効果検出の基盤ともなった。精密NMRは磁気双極子相互作用や電気四極子相互作用のテンソル解析を可能にし、核構造パラメータやハドロン分極度への制限を与えている。これらの概念はスピンベース量子センサや核スピン量子ビット操作にも継承されている。