La spectroscopie de corrélation homonucléaire, ou COSY, est une technique de RMN bidimensionnelle qui fournit des informations sur les protons couplés. En général, le couplage géminal et vicinal est observé. Par exemple, considérons le spectre COSY de l'acétate d'éthyle, où son spectre RMN du proton 1D est tracé le long des axes vertical et horizontal avec leur échelle de décalage chimique correspondante. Trois points sur la diagonale correspondant aux trois pics du spectre du proton 1D sont appelés pics diagonaux. Le spectre COSY est symétrique par rapport à la diagonale, avec des signaux au-dessus et en dessous de la diagonale appelés pics croisés ou pics hors diagonale. Une ligne imaginaire est tracée à partir des pics diagonaux parallèles à l'axe horizontal, menant à un pic croisé. Une ligne verticale est ensuite tracée à partir du même pic croisé vers le pic diagonal pour corréler les pics. Les pics hors diagonale corrélant les multiplets à 1,25 et 4,2 ppm indiquent que les protons méthyliques sont couplés aux protons méthylènes. Le signal à 2 ppm n'est pas associé à des pics croisés car les protons ne sont pas impliqués dans le couplage homonucléaire. Un spectre COSY est utile lorsque des multiplets superposés compliquent le spectre 1D correspondant.