核磁共振(NMR)是一種非常靈敏的分析方法。它能用來研究在冷凍糖類、蛋白質水溶液及咖啡萃取物的過程中水的行為方式。用NMR有可能確定水是否與其他分子（例如：蛋白質）結合和能否凍結，以及在從低于和高于T_g。的較低的溫度開始的加熱過程，崩塌溫度是如何影響未凍結水和高度濃縮溶液的玻璃體的變化。

NMR分光鏡（圖4-34所示為一種商用裝置)利用了一些原子核具有非常不同于質子、氫原子核，以及¹³C、³¹P、¹⁴N和³³S中的磁矩這一事實。正如量子力學所描述的那樣，外部磁場分成不同的能級。其尺寸及寬度由公式(4-1)確定。

△E=μ_BgH_eff       (4-1)

式中，μB為核磁子；g為常數(與所給原子核磁性質量的特性有關)；H_eff是原子所在位置磁場的有效強度。轉化能力可用電磁輻射的頻率描述:

               △E=hf                 

式中，h為普朗克常數；f為輻射頻率。

或者

△E=hc/入

式中，c為光速；入為波長。

不同能級間的能量的差異取決于外部磁場的磁場強度。用60MHZ、10OMHz或270MHz的頻率利用NMF法測量質子，磁場強度必須為

14.1X10³Gs,23.5X10³Gs,63.4X10³Gs。最后一個值只有用超導磁體才有可能達到。雖然其他原子核的磁矩均小于質子的，但仍需要更高的盛場強度。根據電磁定律，原子核的磁矩是由旋轉電荷產生的。這種旋轉在量子力學中用原子核的自旋（S)描述。自旋只能是不連續的，定義的能級與磁場方向平行或垂直(S=土1/2)，如果S在躍遷時不改變（△S=0)且自旋的發射沿著磁場士1(△S_z=士1)方向變化，才有可能發生（其發生具有一定的偶然性)躍遷，例如到更高的能級（吸收）。如果帶有磁矩的樣品在外磁場中用超短波發射，只有規定波長和能量的射線可被吸收。這個波被長在給定的外磁場下表征獨立的原子核的特性。

在分子的中心部分（例如質子），外部磁場的變化因數表征分子的特性。獨立的質子的共振頻率的位移在某種程度上取決于質子所在的化合物的特性。這種位移叫共振頻率的化學位移（在給定的外部磁場條件下）。

化學位移比較小，例如對于質子為所用頻率的30×10-6，如果所用頻率為100MHz(108Hz),10×10^-6就是10³Hz。 這種位移通常情況是無法絕對地測量的，但是可與參考物質的已知頻率相比，例如四甲基硅烷(TMS)質子。共振面積與引起共振的原子核的數量成正比。

除了共振線的化學位移之外，在一定條件下，共振線有可能分為兩條或更多條。這反映了磁場中周圍原子核中兩個或多個相鄰原子自旋方向的影響。所分的大小叫耦合常數J，J表示原子核間影響的質量，而分成的線的數量和強度表示受到影響的原子核的數量。由于原子核所處位置磁場雖然是常數，但有輕微的變化，所以，NMR頻譜的線不是無窮小的，而是有一定寬度的。在高頻脈沖停止以后，早期的平衡通過磁噪聲和系統的弛緩過程恢復。Bloch用兩個特性數：t_SGR(自旋-晶格弛緩時間)和t_SSR(自旋-自旋弛緩時間)將有可能的兩種弛緩過程聯系起來。諧振譜線寬的一半是在頂峰值1/ t_SSR的一半時測得的。如圖4-35所示，對于非常小的分子相關時間t_c、t_SGR和t_SSR是相同的。相關時間為分子穿過與自身直徑相同的距離時所需的時間；這是對分子運動的測量。

Nagashima和Suzuki利用NMR說明了UFW、T_C、冷卻速率和冷凍之前的濃度之間的相互關系。測量了UFW的量gH₂0/g干燥物質)，例如含25%固體的咖啡萃取物(圖4-36)，在-20℃，UFW的含量～30%(0.3g/g)，但是在-50℃時降到0.1g/g。在-20℃以上UFW的量增加得相當快。在-20℃以上凍干時，結構會崩塌。作者證明，甘露醇快速冷凍(3～5℃/min)后，在復溫過程中可看到甘露醇的結晶。UFW增加到50%，而后水結晶，UFW減少到只有百分之幾，測得的結晶溫度與利用DSC所測得的其他報告一致(例如，Hatley)。在慢速冷凍過程，甘露醇結品，且沒有滯后現象（圖4-37）。圖4-38表示了日本豆面醬油UFW的關系曲線。在-50℃，濃度為52.7%時，UFW大約為5個計量單位，然而濃度為26.4%時，普通產品中的UFW大約為2個計量單位，濃度為13.2%時，只有大約0.6個計量單位的UFW不凍結。