自由弛豫、表面弛豫和扩散弛豫3种不同的弛豫机制存在于岩石孔隙流体的核磁共振弛豫中，一般三种弛豫行为同时存在的。

1、自由弛豫

自由弛豫，即流体特有的体弛豫现象，其弛豫时间由流体物理特性（粘度、化学成分等）及流体所处的环境（温度、压力等）决定。

在石油工业核磁研究过程中，由于岩石表面为固体，通常岩石孔隙内的流体表面弛豫比体弛豫强。然而当亲水岩石孔隙中油气属于非润湿相，岩石中存在裂缝导致流体与固体表面接触较少，以及稠油等流体粘度较大的情况下，流体与岩石孔隙之间自由弛豫现象不可忽视，此时需要同时考虑自由弛豫和表面弛豫的影响。

2、表面弛豫

岩石孔隙表面的弛豫机制即为表面弛豫，具体表现为孔隙流体与岩石固体表面之间的弛豫现象。

3、扩散弛豫

分子处于布朗运动过程中会进行自扩散运动，扩散弛豫即为质子在梯度磁场中，由于分子扩散引起的弛豫特性。

岩石中孔隙流体的类型、孔隙尺寸、孔隙发育结构、孔隙表面岩石物理性质以及岩石颗粒表面润湿性等条件决定了3种弛豫机制对于孔隙内流体是否起作用。

通常对于亲水岩石来说，孔隙中水的T2弛豫时间主要由表面弛豫决定；对于稠油来说，其T2弛豫主要由自由弛豫决定；而轻质油的T2弛豫时间则由自由弛豫和扩散弛豫共同决定，并与油的粘度有关；天然气由于气体分子的扩散特性，其T2弛豫时间主要受控于扩散弛豫。