Elektronska spinska rezonancija (ESR) je oblik spektroskopije koji se koristi na paramagnetskim materijalima – materijalima koji postaju magnetski kada su izloženi vanjskom magnetskom polju. ESR se također naziva elektronska paramagnetska rezonancija ili EPR. Elektronska spinska rezonancija ima razne primjene u kemiji i biologiji, pa čak ima i primjenu u poljima kao što je kvantno računanje.
Elektron nosi naboj i vrti se. Stoga inducira magnetski moment. Ako se postavi u vanjsko magnetsko polje, magnetski moment elektrona uskladit će se sa smjerom magnetskog polja. Također je moguće da se elektron poravna u suprotnom smjeru od magnetskog polja, ali to zahtijeva više energije i nije prirodno stanje elektrona. Ovo je znanstveni temelj za elektronsku spinsku rezonanciju.
S ESR, tvar s molekulama koje imaju dodatne ili nesparene elektrone stavlja se u magnetsko polje i na nju se primjenjuje energija, obično u obliku mikrovalova. Nespareni elektroni će apsorbirati elektromagnetsku energiju i prijeći u više energetsko stanje ponovnim poravnavanjem svojih magnetskih momenata da budu suprotni od vanjskog magnetskog polja. Frekvencija energije koju apsorbiraju elektroni ukazuje na kemijsku strukturu molekule na koju su vezani. Na taj se način elektronska spinska rezonancija može koristiti za određivanje kemijskog sastava različitih materijala.
Bitno je da tvar ima nesparene elektrone. To je zato što će upareni elektroni, prema Paulijevom principu isključenja, imati vrtnje u suprotnim smjerovima i stoga neće imati neto magnetski moment. Ovi materijali su poznati kao dijamagneti i nisu prikladni za ESR.
Kao i kod drugih tehnika rezonantne spektroskopije, elektronima koji se koriste u spinskoj rezonanciji elektrona mora se pustiti da se opuste i vrate u svoja niža energetska stanja. Ako ne, svi će elektroni biti uzbuđeni i daljnja apsorpcija neće biti moguća. U tom slučaju neće biti ništa za mjerenje i, posljedično, neće se proizvoditi signal. Relaksacija spin-rešetke, gdje elektron daje energiju svojoj okolini, i spin-spin relaksacija, gdje elektron daje energiju drugom elektronu, dvije su metode kojima se može dogoditi relaksacija.
ESR je posebno prikladan za detekciju slobodnih radikala, koji su skup visoko reaktivnih molekula s nesparenim elektronima. Poznato je da su slobodni radikali uzročnici nekoliko bolesti, trovanja, pa čak i raka. Oni također uzrokuju propadanje zubne cakline poznatom brzinom, što znači da se elektronska spinska rezonancija može koristiti za datiranje zuba i, prema tome, ljudi. Višak slobodnih radikala također je prisutan u pivu i vinu kojima je istekao rok trajanja.
ESR je također vodeći kandidat u nekoliko najsuvremenijih tehnologija. To uključuje umjetnu fotosintezu i kvantno računanje. U potonjem, finim podešavanjem ESR-a za rad na jednom elektronu umjesto na skupini elektrona, može se stvoriti logička vrata koja odgovaraju energetskim stanjima magnetskog momenta elektrona.