电子顺磁共振波谱仪主要有微波系统、磁铁系统、信号处理系统以及显示和记录等部件组成。仪器的主要结构框图如下图所示：

　　物质组成的基本单位是分子，分子是由原子构成，原子是由原子核和电子组成。在多数情况下，电子在分子（或原子）轨道中是配对的，由于它们处于同一轨道中，且自旋方向相反，所以，这类化合物是逆磁性物质。但是，有许多化合物的分子轨道或原子轨道中存在着未配对的电子。这类含未成对电子的物质就是EPR研究的对象。

　　含有未成对电子的物质，在没有外磁场作用时，这些未成对电子的取向是随机的，它们处于相同的能量状态；当它们受到外磁场作用时，发生能级分裂，称为齐曼（Zee—man）分裂，能级分裂的大小与磁场强度成正比。此时，如果在垂直于磁场B的方向上施加频率为v的电磁波，当磁场强度和电磁波频率满足下式：

　　hv=gβB （1）

　　则样品中处于上下两能级的电子发生受激跃迁，其净结果是有一部分低能级中的电子吸收电磁波能量跃迁到高能级中。这就是电子顺磁共振现象。式（1）称为EPR共振条件式，式中h是普朗克常数，g称为g因子， 是波尔磁子。由受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理可得到EPR吸收谱线，EPR谱呈现了谱线及其强度随磁场变化的关系。通常，现代EPR波谱仪记录的是吸收信号的一次微分线形。即一次微分谱线。

　　测量顺磁体的磁化率；金属或半导体中的传导电子；固体中的某些局部晶格缺陷；辐照损伤和辐照效应；磁性薄膜的研究；纳米材料；半导体材料中掺杂对半导体性能的影响等；研究氧化还原反应过程中电荷转移情况；或紫外辐照短寿命的有机自由基的性质；动力学化学中的瞬态自由基；电化学反应过程的研究；腐蚀中的自由基行为；聚合物、催化剂、橡胶中的自由基；催化反应机理研究；配位化学中金属络合物结构的研究等；生物化合物的X射线效应；辐照对食物保鲜的影响；酶反应、光合成；人发自由基的功率饱和行为；细胞组织中自由基与疾病关系的研究等；植物生长过程中自由基与环境的关系；环境污染机理的研究；矿物年代的研究，第四纪地质年代的测定；气候的变迁；矿物中的元素与成矿的关系；宝石中的色心；金属离子与成色的关系等。

　　物理学领域：

　　1、研究含有未成对电子的原子、离子、分子

　　2、研究金属或半导体中的传导电子

　　3、研究晶体缺陷、辐照效应和辐照损伤

　　4、研究半导体中掺杂的影响

　　5、研究单晶中的晶场

　　6、研究材料的磁性

　　化学领域：

　　1、三重态的双自由基和分子的研究

　　2、反应动力学的研究

　　3、γ射线照射产生的游离有机自由基的短暂行为

　　4、聚合物的研究

　　5、光化学和辐照产生的自由基

　　生物与医学领域：

　　1、有机生命细胞组织中的自由基研究

　　2、生物化合物的X射线效应

　　3、药物检测、辐照食品的控制

　　4、致癌物反应的研究

　　5、血和微生物的研究

　　其它领域：

　　1、地质和考古样品的年代测定及研究

　　2、辐照剂量学研究和丙氨酸/ESR剂量测定

　　自从电子顺磁共振现象被发现以来，电子顺磁共振理论在不断发展，仪器技术日益完善，实验方法时有创新。特别是在电子技术和计算机技术突飞猛进的今天，电子顺磁共振波谱仪的结构和性能都得到了很大的发展。的电子顺磁共振谱仪往往是具有高灵敏度、高分辨率和性能稳定的多功能波谱仪。虽然仪器结构复杂性在增加，功能在不断增多，但是，其操作却更简单、更方便，甚至能在计算机控制下进行自动操作。

　　为适应实际发展的需要，目前电子顺磁共振仪器发展的趋势是朝着低频或高频方向发展。在研究含水丰富的生物样品时，如果采用X波段的仪器，由于样品具有高介电常数，则微波损耗大，影响谐振腔的Q值，使仪器灵敏度下降，甚至无法检测。如果用低微波频率如S波段和L波段的仪器，就有利于生物样品的测量。为了获得更高的灵敏度和分辨率，电子顺磁共振仪器采用高频高场条件，井结合脉冲技术，使波谱仪的性能有了很大提高。近年来，由于新技术的采用，在高频电子顺磁共振、双共振技术、时间分辨电子顺磁共振、脉冲傅里叶变换电子顺磁共振和电子顺磁共振成像等方面取得了令人瞩目的新进展。