自由弛豫、表面弛豫和擴散弛豫3種不同的弛豫機制存在于巖石孔隙流體的核磁共振弛豫中，一般三種弛豫行為同時存在的。

1、自由弛豫

自由弛豫，即流體特有的體弛豫現象，其弛豫時間由流體物理特性（粘度、化學成分等）及流體所處的環境（溫度、壓力等）決定。

在石油工業核磁研究過程中，由于巖石表面為固體，通常巖石孔隙內的流體表面弛豫比體弛豫強。然而當親水巖石孔隙中油氣屬于非潤濕相，巖石中存在裂縫導致流體與固體表面接觸較少，以及稠油等流體粘度較大的情況下，流體與巖石孔隙之間自由弛豫現象不可忽視，此時需要同時考慮自由弛豫和表面弛豫的影響。

2、表面弛豫

巖石孔隙表面的弛豫機制即為表面弛豫，具體表現為孔隙流體與巖石固體表面之間的弛豫現象。

3、擴散弛豫

分子處于布朗運動過程中會進行自擴散運動，擴散弛豫即為質子在梯度磁場中，由于分子擴散引起的弛豫特性。

巖石中孔隙流體的類型、孔隙尺寸、孔隙發育結構、孔隙表面巖石物理性質以及巖石顆粒表面潤濕性等條件決定了3種弛豫機制對于孔隙內流體是否起作用。

通常對于親水巖石來說，孔隙中水的T2弛豫時間主要由表面弛豫決定；對于稠油來說，其T2弛豫主要由自由弛豫決定；而輕質油的T2弛豫時間則由自由弛豫和擴散弛豫共同決定，并與油的粘度有關；天然氣由于氣體分子的擴散特性，其T2弛豫時間主要受控于擴散弛豫。