1957年德国物理学家R.L.穆斯堡尔在观察¹⁹¹Ir的γ射线（129千电子伏）共振散射本底时首先发现了这一现象，称为穆斯堡尔效应。

一个自由原子核发射或吸收γ光子时，原子核会受到反冲，反冲能量，式中是原子核的激发态能量同其基态能量的差值，是该原子核的质量，是真空中光速。这一反冲能量的损失使发射谱或吸收谱偏差的能量。核激发态能量宽度f取决于其寿命r。对大部分发射γ光子的核辐射，，难以实现共振现象。穆斯堡尔发现，若原子核被束缚在晶体点阵中时，其发射或吸收γ光子时，整个晶体与原子核会一起反冲，这时应是晶体质量。晶体质量远大于1个原子核的质量，因此反冲能量显著减小，这样就容易观察到共振吸收现象，即所谓无反冲γ共振吸收现象。在反冲能量小于点阵振动的能级间隔时，它被整个晶体所吸收，因此穆斯堡尔效应又称为零声子发射和吸收。发生这种过程的概率称为无反冲因子或穆斯堡尔分数。

已观察到具有穆斯堡尔效应的有46种元素、91个核素、112条穆斯堡尔跃迁线。这些核素统称为穆斯堡尔核，其中最常用的是⁵⁷Fe（14.4千电子伏）和¹¹⁹Sn（23.8千电子伏），括号内为γ光子能量。

无反冲γ射线的特点是其谱线宽度接近于核能级宽度。如⁵⁷Fe的γ光子能量为14.4千电子伏，谱线宽度为4.6×10^-9电子伏，因此其γ射线能量分辨率高达3.2×10^-13。⁶⁷Zn的能量分辨率更高，达10^-16量级，借此能观察到原子核能级的超精细结构。

测量穆斯堡尔效应的装置（见图）由无反冲的放射源、吸收体、产生多普勒速度的驱动系统和探测器组成。最常用的⁵⁷Fe穆斯堡尔源的多普勒速度约为毫米/秒量级。

穆斯堡尔谱仪示意图

穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨率，因此利用穆斯堡尔核外电子的相互作用所提供的信息可精确地测定晶格结构、缺陷、有序度和离子价态等特性。其首次应用于实验室内验证广义相对论中的重力红移，此后又应用于高温超导材料的研究，现已广泛应用到核物理、化学、固体物理、材料科学、地学、生物医学、考古学等许多领域。典型例子有测量核激发态的磁矩、电四极矩、核能级寿命以及激发态和基态间核电荷半径的相对变化；测定轴承钢中残留奥氏体的含量、催化剂中各相的组成、不同价态离子在不同晶位中所占的比例，以及注入杂质在复合半导体中的占位；研究高压对聚合物性质的影响、穆斯堡尔原子的电子组态、获取化学键的信息及研究锡、钛等金属有机化合物；研究血红蛋白、铁硫蛋白、铁转运蛋白等的结构和性质等。在磁性材料研究中，穆斯堡尔谱学已成为一种必不可少的技术。