很多物質的分子不表現電子自旋共振(ESR),但對這些分子,人工地使之與自由基結合從而得以用ESR法來研究,獲得獨特的ESR信息,這就是自旋標記技術。因自由基有不成對電子自旋,所以稱自旋標記。開始是用氯丙嗪陽離子自由基研究其與DNA的相互作用,後來則用穩定的硝醯(基)自由基類。
有合成在標記物的局部含有反應性的官能團,使之與活體高分子等反應而結合於特定的部位;或合成與活體有關的含硝基氧基的低分子化合物,加於活體以觀察其相互作用等方法。一般標記蛋白質的胱氨酸基,通過標記物的動的變化來檢查局部環境的變化。