Galvenā KMR spektroskopijas metode ir Furjē transformācijas KMR. Spektrometra galvenās komponentes ir magnēta sistēma, starojuma avots, konsole, zonde un vadības elektronika. Ārējā magnētiskā lauka radīšanai tiek izmantota cilindriska supravadoša elektromagnēta sistēma, kas atrodas šķidrā hēlija kriostatā. Supravadošos materiālos, piemēram, niobija titāna (NbTi) sakausējumos, izzūd elektriskā pretestība, ja tie tiek nodzesēti līdz ļoti zemām temperatūrām. Rezultātā šādi materiāli var vadīt stipru strāvu, kas ģenerē spēcīgu magnētisko lauku – KMR pielietojumiem tipiskas lauka ir vērtības ir 1‒21 teslu (T) diapazonā. Šķidrā hēlija djuāram apkārt ir izveidota šķidrā slāpekļa tvertne, lai ekranētu magnētu no istabas temperatūras. Paraugturi ar pētāmo vielu magnēta cilindriskajā atvērumā ievieto no augšas un līdz zondes pozīcijai nolaiž ar automatizētu pneimatisko sistēmu. Zondē ir iebūvētas komponentes parauga temperatūras kontrolei un radiofrekvenču starojuma pārraidei un detektēšanai. KMR jāreģistrē frekvenču nobīdes ppm mērogā, tādēļ augstas izšķirtspējas rezultātiem svarīga ir mērījumu stabilitāte laikā un telpā. Magnētiskā lauka telpiskās homogenitātes korekcijas parauga pozīcijā tiek veiktas ar speciālām spolēm (shim coils), savukārt, stabilitāti laikā nodrošina lauka koriģēšanas sistēma (field lock), kas mērījumu laikā uztur konstantu atskaites kodola (parasti deitērija) rezonanses frekvenci. Lai mazinātu mehānisku vibrāciju un apkārtnes trokšņu ietekmi, magnēta sistēma tiek novietota uz speciāliem balstiem.
Pat relatīvi vienkāršu organisko molekulu viendimensiju 1H un 13C KMR spektru struktūra var būt pārāk sarežģīta, lai visas līnijas viennozīmīgi interpretētu. Divdimensiju (2D) KMR apvieno metožu kopu, kurā KMR spektri tiek pētīti kā funkcija no vairākiem laika parametriem. Šādos eksperimentos tiek uzņemta FID signālu sērija, variējot laika intervālus starp pievadītajiem impulsiem vai to sekvencēm. Furjē transformācijas rezultātā tiek iegūts spektrs ar frekvenču nobīdēm divās dimensijās, kas sniedz detalizētāku ieskatu kodolu spinu telpiskajā sasaistē sarežģītās molekulās. Nozīmīgas 2D KMR metodes ir homonukleārā (magnetizācija tiek pārnesta starp viena veida kodoliem) korelācijas spektroskopija (correlation spectroscopy, COSY un total correlation spectroscopy, TOCSY), heteronukleārā (magnetizācija tiek pārnesta starp dažāda veida kodoliem) korelācijas spektroskopija (heteronuclear single-quantum correlation spectroscopy, HSQC un heteronuclear multiple-quantum correlation, HMQC) un kodola Overhausera efekta spektroskopija (nuclear Overhauser effect spectroscopy, NOESY).
Objektus cietā agregātstāvoklī pēta cietvielu KMR spektroskopija. Pretstatā šķidrumiem cietās vielās no virziena atkarīgās (anizotropās) dipolu-dipolu un kodolu kvadrupolās mijiedarbības netiek novidējotas, līdz ar to KMR spektrus veido platas, grūti interpretējamas apliecējas, kas centrētas ap raksturīgajām rezonanšu frekvenču vērtībām. Izšķirtspējas uzlabošanai cietvielu KMR mērījumu laikā paraugs tiek ātri rotēts 54,74° leņķī attiecībā pret magnētisko lauku (magic-angle spinning, MAS); signāla un trokšņu attiecības uzlabošanai tiek izmantota polarizācijas pārnese starp kodolu spinu ansambļiem (cross polarization, CP).
MRI ir uz KMR balstīta attēlveidošanas tehnika neinvazīvai dzīvu organismu anatomijas diagnostikai un fizioloģisko procesu pētījumiem. Medicīniskos izmeklējumos galvenokārt tiek pētīts KMR efekts ūdens molekulu veidojošos 1H kodolos. Telpisku informāciju par kāda parametra sadalījumu nodrošina magnētiskā lauka gradienti, ar kuriem selektīvu KMR var ierosināt izvēlētā pētāmā objekta šķēlumā. MRI magnētu sistēmās jānodrošina liels atvērums pacientu pozicionēšanai; lai strukturālās nianses būtu labāk izšķiramas, pacientos var ievadīt gadolīniju saturošas kontrastvielas.