1.分析研究 ：如確定生物分子成分及濃度，特別是可不破壞組織細胞而測知其中組分；確定異構體比例；確定分子解離狀態(tài)；確定金屬離子或配基是否處于結合狀態(tài)；以及測定細胞膜內(nèi)外的pH差異。

2.熱力學研究：如測定酶與底物、配基、抑制劑的結合常數(shù)；測定可解離基團的pK值，特別是能測定生物大分子中分處不同微環(huán)境的同類殘基的同類基團的不同pK值，這是其他方法所不及的；還可測定相變溫度，ΔG等其他熱力學參數(shù)。

3.動力學研究：監(jiān)測反應進程，測定各組分隨時間的變化；通過變溫實驗和線形分析，測平衡過程的動力學常數(shù)，包括某些生化反應的反應速率，研究分子間（如酶與抑制劑，DNA與藥物）相互作用的動力學過程。

4.分子運動研究：弛豫參數(shù)（T1，T2，NOE）可用來研究生物高分子的動力學，以及生物膜的流動性。

5.分子構象及構象變化研究：目前用二維核磁共振技術加上計算機模擬已能獨立確定小的蛋白質(zhì)分子及核苷酸片段在溶液中的三維空間結構。改變物理化學因素或加入可與生物分子相互作用的其他物質(zhì)，將會使核磁圖譜發(fā)生變化，從而可用來研究這種構象變化。

6.活體研究：用31P，13C，1H磁共振方法測定活細胞，活組織以致整體的代謝物濃度及變化，測定細胞內(nèi)pH值，觀察藥物或不同生理狀況對代謝的影響。研究對象有微生物、植物、各種動物以至人體器官等。