Es basa en les variacions de les poblacions dels diversos nivells energètics deguts al moment magnètic electrònic, quan la substància, disposada en un camp magnètic d’intensitat constant, és sotmesa a una irradiació de freqüència apropiada (radiofreqüència-microona). La separació dels nivells energètics és relacionada amb el valor del camp magnètic aplicat (H) per l’expressió
essent g el factor de Landé propi de cada electró desaparellat, h la constant de Planck i [μΒ] el magnetó de Bohr. En el cas d’una molècula amb un sol electró lliure, l’espectre és constituït per una sola línia, generalment escindida. Quan hi ha més d’un electró desaparellat es pot produir un acoblament entre els diversos electrons, que dóna lloc a l'estructura fina. Però el tipus d’escissió que dóna més informació és el degut als acoblaments entre electró i nucli, quan aquest té un spin nuclear no nul, els quals donen lloc a l'estructura hiperfina. El valor de la constant d’acoblament de l’estructura hiperfina, experimentalment mesurable, és proporcional a la població d’electró desaparellat en el nucli amb el qual es produeix l’acoblament, i dóna informació sobre l’estructura electrònica i les propietats químiques dels radicals que hom estudia. La ressonància de spin electrònic és aplicada fonamentalment als camps dels semiconductors, dels complexos dels metalls de transició, dels radicals lliures i dels ions-radicals que tenen una vida mitjana superior a 10- 6s, la qual cosa permet la investigació de moltes cinètiques de reacció.