在研究生物過程中產生的活潑自由基方面，EPR技術也能夠勝任。在許多生物過程中，尤其是包含氧化還原反應或是氧利用過程中，有自由基作為中間產物或最終產物產生。由于EPR技術可以實現原位檢測，所以無論自由基是作為中間產物，抑或是最終產物，我們都可以利用EPR進行檢測。例如葉綠體在有光照時會引起自由基的生成，曾有研究者使用EPR檢測到過光合體系中超氧自由基的光合原初反應。而且EPR還可以用于研究酶促反應中的自由基，在合適的條件下甚至可以利用超精細耦合來鑒定自由基，從而得到酶催化的機理和酶的活性部位結構的相關信息。
在藥物或輻射影響生物體后，常會伴隨自由基的形成。EPR技術可以對此自由基進行定量或定性的檢測，得出輻射損傷程度以及損傷部位的信息，還可以進一步來研究出涉及輻射效應的相關效應與機理。所以輻射事故發生后，使用EPR檢測人體所受輻射的劑量也已經成為了一個非常重要的研究領域。例如牙齒，骨頭，指甲等生物組織在收到輻射后都可以使用EPR進行檢測，實現劑量重建。同時EPR技術也可以對藥物代謝過程中產生的自由基進行檢測，可用于藥物作用的監控。已有研究結果表明，致癌物可以在組織中形成自由基，這在癌前診斷中可能會起到重要的作用。