Некоторые причины возникновения сверхтонкой структуры атомных уровней:

• Взаимодействие электронной оболочки атомов со спином ядра. 12 Основную роль играет магнитный дипольный момент ядра, который взаимодействует с магнитным полем электронной оболочки, окружающей ядро. 4
• Существование различных изотопов элементов, которые отличаются массой и магнитным моментом ядра. 12
• Изотопный сдвиг. 1 Взаимодействие между электроном и ядром определяется их электрическим зарядом, который одинаков для различных изотопов. 12 Однако электрон вращается не вокруг ядра, а вокруг центра масс системы «ядро-электрон», расположение которого зависит от массы ядра. 12
• Взаимодействие с квадрупольным электрическим моментом. 1 Ядро может обладать электрическим квадрупольным моментом, электрическими и магнитными мультиполями, которые взаимодействуют с электронной оболочкой. 4

Все эти причины приводят к расщеплению ядерного уровня на подуровни, которые отличаются по величине магнитного квантового числа. 5