核自旋是原子核的重要性质之一，是核自旋角动量的简称。原子核由质子和中子组成，质子和中子都有确定的自旋角动量，它们在核内还有轨道运动，相应地有轨道角动量。所有这些角动量的总和就是原子核的自旋角动量，反映了原子核的内禀特性。

原子核的自旋是原子核最重要的特性之一。根据量子力学规则，核自旋取h/2π的半整数和整数倍(h为普朗克常数)。凡质子数和中子数都是偶数的核(偶偶核)，其自旋为零;两者都为奇数的核(奇奇核)，其自旋为h/2π的整数倍。质量数为奇数的核(奇A核)，其自旋为h/2π的半整数倍，遵从费米-狄拉克统计律。质量数为偶数的核(偶A核)，遵从玻色-爱因斯坦统计律。在自然界中稳定的核素有一半以上为偶偶核，而奇奇核仅有少数几种。表征原子核大小的量，亦称核半径，通常有几种意义：①表征核电荷分布的半径；②表征核内核子分布的半径；③表征原子核核力的作用范围。它们均可近似地表示为R=r0A。式中A为质量数，r0的值在(1.1～1.5)×10-m范围内。

通常以约化普朗克常数h为衡量单位，核自旋角动量的最大投影值I称为核自旋，它也就是核的自旋量子数。核处于基态时，偶A核的自旋为零或整数，其中偶偶核的自旋为零，奇奇核的自旋为整数；奇A核的自旋为半整数（见原子核）。核自旋是核内部结构的反映，根据核壳层模型（见原子核模型）可以相当好地说明基态核的自旋值。自旋为零或整数的偶A核属于玻色子，遵从玻色-爱因斯坦分布；自旋为半整数的奇A核属于费米子，遵从费米-狄拉克分布和泡利不相容原理。

核处于各激发态时，由于核子轨道运动状态不同，因而有不同的核自旋。各激发态的核自旋是核能级的标记之一。核因有自旋而具有磁矩，可影响核外电子的运动，造成核外电子能级的超精细分裂，引起原子光谱的超精细结构。对原子光谱超精细结构的分析，是获得核自旋数据的重要方法之一。另一种获得核自旋数据的重要方法是通过核衰变和核反应来确定。通过加速重离子产生的重离子反应可获得核自旋达100的高自旋态。研究高自旋态是核物理前沿极为活跃的领域。

核自旋温度是指致冷物质中核的自旋系统所达到的温度，在绝热核去磁后，核自旋可达到微开甚至毫微开的量级，此时核自旋温度和传导电子温度或晶格温度相差很大，后者比前者可能高1至2个量级，随后核系统的冷量通过核自旋与晶格的耦合传给电子和晶格达到冷却样品的目的。