超精細結構

由於核磁矩和核電四極矩引起的原子能級和光譜的多重分裂，須用分辨本領很高的分光儀器觀測。許多核具有自旋I，伴隨之具有磁矩。核磁矩與電子之間的相互作用造成能級分裂。核磁矩很小，能級的分裂也很小。超精細結構能級由電子總角動量量子數J、核自旋I和包括核自旋的總角動量量子數F來標記。能級間隔遵從類似的朗德間隔定則。許多核還有電四極矩，核電四極矩與電子在核處所產生的電場梯度相互作用引起能量的微小改變，疊加在磁矩引起的超精細結構上，使分裂偏離朗德間隔定則。能級的超精細結構造成光譜線的超精細結構。

根據實驗測得的光譜線的超精細結構，可以確定原子核的自旋和電四極矩。因原子核同位素質量不同而觀察到的光譜多重結構稱為同位素效應，不屬於超精細結構，它只造成譜線的平移，不影響超精細結構的能級間隔。