自由基的稳定性主要取决于其结构和共价键均裂的相对难易程度。自由基中心单电子定域（聚集）程度越高，其稳定性就越差。通常情况下，共价键均裂所需的解离能越高，生成的自由基能量越高，则自由基越不稳定。
例如，单原子自由基如Cl-, Br-, I-的稳定性取决于电负性和非金属性大小，越大则越不稳定；有机分子中的自由基稳定性由取代基和分子空间构型决定，如甲基越多越稳定，苯基》CH3-》C2H5-》NH2-》NO2-，空间构型越对称越稳定。
另外，有电子离域效应的自由基比没有的稳定，例如丙烯基》C2H5-。常见自由基的稳定性排序：苄基自由基>烯丙基自由基>三级碳自由基>二级碳自由基>一级碳自由基>甲基自由基>烯基自由基>芳基自由基。