Phổ quang EPR / ESR được sử dụng trong các ngành khoa học khác nhau, như sinh học, hóa học và vật lý, để phát hiện và xác định các gốc tự do và các trung tâm thuận từ như trung tâm F. EPR là một phương pháp nhạy cảm, cụ thể để nghiên cứu cả hai gốc tự do được hình thành trong các phản ứng hóa học và các phản ứng của chúng. Ví dụ, khi băng (rắn H2O) bị phân hủy do tiếp xúc với bức xạ năng lượng cao, các gốc tự do như H, OH, và HO2 được tạo ra. Các gốc này có thể được xác định và nghiên cứu bởi EPR. Các gốc tự do và vô cơ có thể được phát hiện trong các hệ thống điện hóa và trong các vật liệu chịu được tia cực tím. Trong nhiều trường hợp, các phản ứng để làm cho các gốc tự do và các phản ứng tiếp theo của các gốc tự do được quan tâm, trong khi trong các trường hợp khác EPR được sử dụng để cung cấp thông tin về hình học của một gốc tự do và quỹ đạo của electron không tương xứng. Phép quang phổ EPR / ESR cũng được sử dụng trong địa chất và khảo cổ như một công cụ hẹn hò. Nó có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu như cacbonat, sunfat, phosphat, silica hoặc các silicat khác
Các ứng dụng y học và sinh học của EPR cũng tồn tại. Mặc dù các gốc tự do rất phản ứng, và do đó thường không xảy ra ở nồng độ cao trong sinh học, các chất phản ứng đặc biệt đã được phát triển để phân chia các phân tử spin-quan tâm. Các thuốc thử này đặc biệt hữu ích trong các hệ thống sinh học. Các phân tử gốc không hoạt động được thiết kế đặc biệt có thể gắn với các vị trí cụ thể trong tế bào sinh học, và phổ EPR có thể cung cấp thông tin về môi trường của những cái gọi là nhãn spin hoặc đầu dò spin. Các axit béo đã được dán nhãn spin đã được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu tổ chức lipid trong màng sinh học, tương tác lipid-protein và nhiệt độ chuyển tiếp gel thành các pha tinh thể lỏng
Một loại hệ thống đo liều đã được thiết kế cho các tiêu chuẩn tham chiếu và sử dụng thường quy trong y học, dựa trên các tín hiệu EPR của các gốc từ polycrystalline α-alanine chiếu xạ (gốc phân huỷ alanin, trơ trọi hydro và C (OH)) = C (CH 3) NH 2 + gốc). Phương pháp này thích hợp để đo tia gamma và tia X, electron, proton và phóng xạ năng lượng cao (LET) liều lượng từ 1 Gy đến 100 kGy
Phép quang phổ EPR / ESR chỉ có thể áp dụng cho các hệ thống, trong đó sự cân bằng giữa sự phân rã triệt để và sự hình thành nên gốc tự do giữ nồng độ các gốc tự do ở trên giới hạn phát hiện của quang phổ được sử dụng. Đây có thể là một vấn đề đặc biệt nghiêm trọng trong nghiên cứu các phản ứng trong chất lỏng. Cách tiếp cận khác là làm chậm phản ứng bằng cách nghiên cứu các mẫu được giữ ở nhiệt độ lạnh, chẳng hạn như 77 K (nitơ lỏng) hoặc 4,2 K (lỏng helium). Một ví dụ của nghiên cứu này là nghiên cứu các phản ứng cơ bản trong các tinh thể đơn lẻ của các axit amin tiếp xúc với tia X, công việc mà đôi khi dẫn đến năng lượng kích hoạt và tỷ lệ tỷ lệ cho các phản ứng cơ bản.
Nghiên cứu các gốc tự do phóng xạ trong các chất sinh học (cho nghiên cứu ung thư) đặt ra vấn đề thêm là mô chứa nước, và nước (do moment lưỡng cực điện của nó) có một dải hấp thụ mạnh trong vùng vi sóng được sử dụng trong các phổ kế EPR.
EPR / ESR cũng đã được sử dụng bởi các nhà khảo cổ học để hẹn hò của răng. Thiệt hại do bức xạ trong một thời gian dài tạo ra các gốc tự do trong men răng, sau đó có thể được kiểm tra bởi EPR và, sau khi hiệu chỉnh đúng, ngày. Ngoài ra, vật liệu chiết xuất từ răng của người dân trong quá trình nha khoa có thể được sử dụng để định lượng lượng phơi nhiễm tích lũy của chúng đối với bức xạ ion hoá. Những người tiếp xúc với bức xạ từ thảm họa Chernobyl đã được kiểm tra bằng phương pháp này
Các thực phẩm đã được tiệt trùng đã được kiểm tra bằng quang phổ EPR, mục đích là để phát triển các phương pháp để xác định xem một mẫu thực phẩm cụ thể đã được chiếu xạ và liều nào.
Do độ nhạy cao nên EPR đã được sử dụng gần đây để đo lượng năng lượng được sử dụng tại địa phương trong quá trình chế biến hóa mechano.
Phép quang phổ EPR / ESR được dùng để đo tính chất của dầu thô, đặc biệt là asphaltene và vanadi. Đo lường EPR hàm lượng asphaltene là một hàm của mật độ spin và cực phân cực. Công việc trước đây đến năm 1960 đã cho thấy khả năng đo hàm lượng vanadium đến các mức độ phụ trong ppm.
Trong lĩnh vực máy tính lượng tử, EPR xung được sử dụng để kiểm soát trạng thái qubit spin điện tử trong các nguyên liệu như kim cương, silicon và gallium arsenide