1.研究生物組織中的自由基
在凍干的動物組織和植物組織內均檢測出自由基，而在代謝過程活躍的組織（如綠葉、肝、腎）樣品內，自由基含量很高。又在蟻、果蠅、活鼠鼠尾。腐黑物、植物樹脂和各種動物與植物來源的黑素內均測知有自由基存在。
2.研究酶促反應中的自由基
直接證實了L·米夏埃利斯關于生物底物的氧化有階段性的假說（見生物氧化），已知有半醌型自由基作為中間產物生成，自由基濃度隨著電子轉移速率或酶活性而增大。在某些情況下，可利用超精細結構來鑒定自由基，并進而提供關于酶催化機理的信息和探測有關酶的活性部位的結構。
3.研究光合原初反應
證明在葉綠體、活的水藻和能進行光合作用的細菌中有光照所引起的自由基生成，它們全部參與光合電子傳遞鏈。這有助于闡明太陽能轉換成化學能的本質。
4.研究輻射原初過程
對于生物物質受高能輻射作用后所產生的自由基作定性與定量的檢測，已提供了輻射損傷程度及損傷部位的信息。還從較深入的研究得出涉及輻射效應的原初機理、氧效應、能量轉移、自旋轉移、生物物質的輻射敏感性、輻射防護和輻射敏化的許多極為重要的結果。
5.研究癌變過程中的自由基
已觀察到某些癌組織內的自由基含量高于正常組織。在用多種致癌物喂大鼠后，肝內可檢出一個特征信號，在癌的診斷中可能有重要價值。還證明了由致癌物在組織中形成自由基的現象。
6.研究生物組織中的順磁金屬離子
包括過渡族金屬離子，對一些動物組織、植物材料和微生物都能見到銅（Ⅱ）、錳（Ⅱ）或鐵的EPR信號。已用EPR技術證實了一些含順磁性金屬的酶的活性與這些金屬的原子價態直接有關，這些金屬離子可能參與底物與酶的結合，例如黃嘌呤氧化酶中的鉬、琥珀酸脫氨酶中的鐵、血漿銅藍蛋白中的銅。
對血紅蛋白、肌紅蛋白及其數種衍生物的單晶，用EPR法測出的血紅素平面對外界晶軸的取向，比用別的方法所得結果更準確，且提供了有關分子中央鐵原子的化學鍵的信息，井證明血紅蛋白分子內4個血紅素平面并不相互平行。
許多鐵硫蛋白的發現，多半是由于電子順磁共振測定結果，在其活性部位的鑒定和了解結構與功能的關系方面，電子順磁共振亦作出了主要貢獻。