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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；確定金屬離子或配基是否處于結合狀態；以及測定細胞膜內外的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；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。

3.動力學研究：監測反應進程，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，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（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，將會使核磁圖譜發生變化，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。