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  EPR應用在多個領域,其中包括:  一般而言,自由基在化學上是具有高度反應力,而在正常生物環境中並不會以高濃度出現。若採用特別設計的不反應自由基分子,將之附著在生物細胞的特定位置,就有可能得到這些所謂“自旋標記”或“自旋探子”分子附近的環境。

  

  電子的自旋為 formula_1,自旋投影量子數可以是 formula_2 或 formula_3 。 在外加磁場強度為 formula_4 時,電子磁矩會順向平行(formula_3)或反向平行 (formula_2) 於該磁場,兩種情形具有的能量不同(見塞曼效應),與磁場同向的電子能階較低。 兩個能階的能量相差formula_7,formula_8為電子的“g因子”(朗德g因子)、formula_9是波耳磁元。這個方程式顯示兩能階的差值與磁場強度呈正比,如下圖。 未成對的電子可以在吸收或放出電磁波能量 formula_10 後,在兩能階間移動。吸收到(或放出)的能量必須與轉換能階後能量變化相同,也就是 formula_11,此即共振條件。代入 formula_10 和 formula_7,我們可以得到電子順磁共振的基礎公式:formula_14 。實驗上,非常多種頻率和磁場的組合都能滿足此公式,但大多量測都是用9,000–10,000 MHz(9–10 GHz)範圍的微波進行,其對應的磁場大約為3500 G(0.35 T)。  理論上,改變照射在樣品上的光子頻率而磁場不變,或者相反,都可以得到電子順磁共振光譜。但實際上通常是固定頻率。樣品暴露在固定頻率的微波中,然後開始增強外加磁場。電子能階相差越來越大,直到能階差值與微波能量相同,如先前的圖所示。此時未成對電子能在兩能階間移動。電子依馬克士威-波茲曼分佈而在低能階分佈較多,因此整體而言是在淨吸收微波能量。實驗時即是量測此吸收值,轉換得到光譜。

  EPR用在造影上,理想上是可以用在定位人體中所具有的自由基,理論上較常出現在發炎病灶;但目前仍處在開發階段,包括訊雜比等等問題待解決。
電子順磁共振(英語:electron paramagnetic resonance,EPR),又稱電子自旋共振(英語:electron spin resonance,ESR),是屬於自旋1/2粒子的電子在靜磁場下發生的磁共振現象。因為類似靜磁場下自旋1/2原子核核磁共振的現象,又因利用到電子的順磁性,故曾稱作“電子順磁共振”。