Spektroskopia korelacji homonuklearnej, czyli COSY, to dwuwymiarowa technika NMR, która dostarcza informacji o sprzężonych protonach. Zazwyczaj obserwuje się sprzężenie geminalne i wicynalne. Na przykład rozważmy widmo COSY octanu etylu, gdzie jego widmo NMR protonów 1D jest naniesione wzdłuż osi pionowej i poziomej wraz z odpowiadającą im skalą przesunięcia chemicznego. Trzy punkty na przekątnej odpowiadające trzem pikom w widmie protonów 1D nazywane są pikami diagonalnymi. Widmo COSY jest symetryczne względem przekątnej, a sygnały powyżej i poniżej przekątnej nazywane są pikami poprzecznymi lub pikami poza przekątną. Wyimaginowana linia jest rysowana od pików poprzecznych równoległych do osi poziomej, prowadząc do piku poprzecznego. Następnie rysowana jest linia pionowa od tego samego piku poprzecznego w kierunku piku diagonalnego, aby skorelować piki. Szczyty poza przekątną korelujące multiplety przy 1,25 i 4,2 ppm wskazują, że protony metylowe są sprzężone z protonami metylenowymi. Sygnał przy 2 ppm nie jest związany z pikami krzyżowymi, ponieważ protony nie biorą udziału w sprzężeniu homonuklearnym. Widmo COSY jest przydatne, gdy nakładające się multiplety komplikują odpowiadające widmo 1D.