يتميز طيف الرنين النووي المغناطيسي أحادي الأبعاد (1D NMR) للجزيئات الكبيرة والمعقدة مثل المنتجات الطبيعية بأنماط انقسام معقدة وإشارات متداخلة، والتي يمكن تفسيرها بسهولة باستخدام الرنين النووي المغناطيسي ثنائي الأبعاد (2D NMR). وعلى عكس الرنين النووي المغناطيسي أحادي الأبعاد، يحتوي الرنين النووي المغناطيسي ثنائي الأبعاد على محورين تردديين يوفران معلومات الاقتران بين النواة A والنواة B في الجزيء. تتكون العملية التي يتم من خلالها الحصول على الأطياف ثنائية الأبعاد من أربع خطوات.

الخطوة الأولى هي فترة التحضير، والتي يتم خلالها إثارة النواة A بنبضة تردد لاسلكي. والخطوة الثانية هي فترة التطور أو الانتظار t_1، والتي تتزايد بشكل منهجي، ولا يتم ملاحظة أي بيانات خلال هذه الفترة. والخطوة التالية هي فترة الخلط، والتي يتم فيها إدخال نبضة تردد لاسلكي ثانية، والتي تنقل المغناطيسية إلى دورات النواة B. في الخطوة الأخيرة، يتم الكشف عن مغناطيسية الدورات النووية من B أثناء وقت الاستحواذ t_2 لكل t_1. يتم تحويل المجالات الزمنية t_1 و t_2 بواسطة فورييه إلى مجالات تردد f_1 و f_2، وتتوافق هذه مع بعدين من الأطياف ثنائية الأبعاد، في حين أن البعد الثالث هو الكثافة. في التجارب ثنائية الأبعاد، يُطلق على الاقتران بين نفس النوع من النواة اسم التجارب ثنائية الأبعاد المتجانسة، في حين يُطلق على الاقتران بين نوعين من النوى اسم التجارب ثنائية الأبعاد غير المتجانسة. يمكن عرض الأطياف ثنائية الأبعاد على هيئة مخططات مكدسة أو مخططات محيطية. عند تقديمها على هيئة مخططات مكدسة، يصعب تفسير الأطياف ثنائية الأبعاد. المخطط المحيط هو المقطع العرضي الأفقي لمخطط مكدس حيث يُظهر حجم الدوائر شدة الإشارة. تفسيره واضح ومباشر وهو مفضل لتحليل البيانات.