Jeżeli ta konfiguracja znajdzie się w stanie równowagi termicznej, obsadzenie poziomów energetycznych jest opisywane przez rozkład Boltzmanna
gdzie: – liczba cząstek obsadzających poziom – stała Boltzmanna, – temperatura w kelwinach.
Dla pasma X ( = 10 GHz) i pokojowej temperatury stosunek jest równy 0,998, ponieważ niższy poziom zawiera więcej elektronów niż wyższy i przejścia z „dołu na górę” są bardziej prawdopodobne.
Podstawowe równanie EPR to:
right|200px|Rozszczepienie EPR
Obserwację sygnału EPR można prowadzić mierząc zmiany rezonansowej absorpcji energii w zależności od częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego przy stałej wartości indukcji pola magnetycznego. Z drugiej strony możemy prowadzić pomiary odwrotnie, zmieniając pole magnetyczne przy stałej częstotliwości Z powodów technicznych drugi sposób jest wygodniejszy.
W przypadku czysto spinowego magnetyzmu ( = 2,0) i częstotliwości absorpcja energii następuje w polu magnetycznym o indukcji:
Dla najczęściej używanej częstotliwości = 9,5 GHz (pasmo X mikrofal), rezonans zachodzi przy = 0,34 T (3400 Gs).