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電子自旋共振
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讯号来源
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电子的自旋为  ，自旋投影量子数可以是 或  。_NEWLINE_在外加磁场强度为 时，电子磁矩会顺向平行（）或反向平行() 于该磁场，两种情形具有的能量不同（见塞曼效应），与磁场同向的电子能级较低。_NEWLINE_两个能级的能量相差 ，为电子的“g因子”（朗德g因子）、是玻尔磁子。这个方程显示两能级的差值与磁场强度呈正比，如下图。_NEWLINE_未成对的电子可以在吸收或放出电磁波能量 后，在两能级间移动。吸收到（或放出）的能量必须与转换能级后能量变化相同，也就是 ，此即共振条件。代入  和  ，我们可以得到电子顺磁共振的基础公式： 。实验上，非常多种频率和磁场的组合都能满足此公式，但大多量测都是用9,000–10,000 MHz（9–10 GHz）范围的微波进行，其对应的磁场大约为3500 G（0.35 T）。_NEWLINE_理论上，改变照射在样品上的光子频率而磁场不变，或者相反，都可以得到电子顺磁共振光谱。但实际上通常是固定频率。样品暴露在固定频率的微波中，然后开始增强外加磁场。电子能级相差越来越大，直到能级差值与微波能量相同，如先前的图所示。此时未成对电子能在两能级间移动。电子依麦克斯韦-玻尔兹曼分布而在低能级分布较多，因此整体而言是在净吸收微波能量。实验时即是量测此吸收值，转换得到光谱。
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电子自旋共振造影
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EPR用在造影上，理想上是可以用在定位人体中所具有的自由基，理论上较常出现在发炎病灶；但目前仍处在开发阶段，包括讯杂比等等问题待解决。