Badania takie są przeprowadzane głównie w fazach skondensowanych to znaczy z próbkami stałymi i ciekłymi, choć możliwe są też pomiary w fazie gazowej.
W jądrowym rezonansie magnetycznym spin jądrowy jest sondą, która służy do rozpoznawania struktury i dynamiki chmur elektronowych otaczających jądro atomowe, a także jego sprzężenia z innymi sąsiadującymi jądrami. Spektroskopia 1H NMR jest jedną z najczulszych metod detekcji wiązania wodorowego. Sygnał protonu grupy X-H zaangażowanego w wiązanie wodorowe X-H•••Y jest znacznie przesunięty w kierunku mniejszej indukcji pola w porównaniu z sygnałem X-H w molekule niezwiązanej wiązaniem wodorowym. Świadczy to o zmniejszeniu ekranowania protonu w wiązaniu wodorowym.
Spektroskopia NMR mierzy stopień, w którym proton jest otoczony przez środowisko elektronów co określamy protonowym przesunięciem chemicznym. To przesunięcie dostarcza dowodu istnienia wiązania wodorowego w roztworze oraz jego wielkości, co jest ilościowo proporcjonalne do siły wiązania wodorowego.