从化学反应的角度来看，自由基具有三个显著特点，即反应性强、具有顺磁性和寿命短。在所有分子成键过程中，电子都是倾向配对的，自由基中的未成对电子也有配对的倾向，因此大多数自由基都很活泼，反应性极强，容易反应生成稳定分子，这一重要性质导致自由基极易进攻细胞、蛋白质、酶和核酸等，这也正是自由基容易造成机体损害的直接原因。自由基的未成对电子具有顺磁性的自旋磁矩，这一特性为研究自由基的ESR技术提供了理论依据。多数自由基反应性很强，寿命很短，如羟基自由基的寿命只有10-6秒；但也有少数自由基反应性不强，寿命较长，并相当稳定，如多环芳烃自由基和醌类自由基以及自由基自旋标记物(吡啶类自旋标记物、吡咯啉类标记物)等。
