自旋耦合是指具有非零自旋量的核在外磁場中由於不同自旋狀態產生的小磁場與外磁場疊加，導致共振信號分裂的現象。這種現象不僅存在於單個核之間，也存在於相鄰的原子核之間，其中自旋量子數不為零的核在外部磁場的作用下會表現出不同的能級。這些核處於不同的自旋狀態時，會產生小磁場，這個小磁場與外部磁場疊加，導致共振信號發生分裂。
自旋耦合的機理比較複雜，一種假設是自旋核在外磁場作用下產生不同的局部磁場，通過空間傳遞而相互干擾；另一種假設是自旋核通過成鍵電子傳遞相互的干擾作用。自旋耦合的結果會引起共振峰的裂分，這種裂分小峰間的距離被稱為耦合常數（Coupling Constant），用J表示，其單位為Hz。耦合常數反映了自旋耦合核之間相互干擾的強度，通常1H核之間的J≤20Hz。耦合常數的大小與外磁場強度無關，與干擾核之間的鍵數和鍵的性質有關，也與取代基的電負性、立體結構、極化作用等有關。
在分子中，不僅電子會影響質子的共振吸收，鄰近質子之間也會因相互之間的作用影響對方的核磁共振吸收，引起共振譜線增多。這種相鄰原子核之間的相互作用稱為自旋偶合。因自旋偶合而引起的譜線增多現象稱為自旋裂分。