地面核磁共振（SNMR）方法利用了不同物质原子核弛豫性质差异产生的NMR效应，即利用了水中氢核（质子）的弛豫特征差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中氢质子产生的核磁共振信号的变化规律，进而探测地下水的存在性及其赋存特征。该方法应用核磁感应系统（NUMIS）实现对地下水信息的探测。
核磁共振是一种基于原子核特性的物理现象，系指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。从理论上讲，应用NMR技术的唯一条件是所研究物质的原子核磁矩不能为零。氢核是地层中具有顺磁性物质中丰度最高、磁旋比最大的核子。在稳定地磁场的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁方向旋进（图4－1－1），其旋进频率（拉摩尔频率）与地磁场强度和原子核的磁旋比有关。
氢核在地磁场作用下，处在一定的能级上。如果以具有拉摩尔频率的交变电磁场对地下水中的氢质子进行激发，则使原子核能级间产生跃迁，即产生核磁共振。
通常向铺在地面上的线圈（发射线圈）中供入频率为拉摩尔频率的交变电流（图4－1－2），交变电流的包络线为矩形（图4－1－3（a）），在地下交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中的氢核子，形成宏观磁矩。这一宏观磁矩在地磁中产生旋进运动，其旋进频率为氢核子所特有。等切断电流脉冲后，用同一线圈（接收线圈）拾收不同激发脉冲激发所产生的NMR信号，该信号的包络线呈指数规律衰减（图4－1－3（b）），信号强弱或衰减快慢直接与水中的质子的数量有关，即NMR信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比。因此构成了一种直接探测地下水信息的技术，形成了地面核磁共振探测地下水方法。
图4－1－1 质子磁矩在磁场作用下的旋进运动
图4－1－2 SNMR方法探测地下水原理示意图
图4－1－3 SNMR信号时序图