Sachverhalt: A. Das Ehepaar M.L._ und F.L._ hat zwei gemeinsame Kinder, S._ (geb. 17. Oktober 2002) und T._ (geb. 30. Juni 2004). Nach der Trennung wurden die Kinder unter die Obhut der Mutter gestellt. Über das Sorgerecht wurde noch nicht entschieden. M.L._ verdächtigt seine Ehefrau, die gemeinsamen Kinder mit einem Schlafmittel sowie einem ihr verschriebenen Antidepressivum ruhig gestellt zu haben. Er liess deshalb eine Haarsträhne seiner Tochter beim 'Forensisch Toxikologischen Centrum, München' untersuchen. Aufgrund der toxikologischen Untersuchungsresultate reichte M.L._ am 21. September 2006 bei der Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn Strafanzeige gegen seine Ehefrau ein. Die Staatsanwaltschaft eröffnete daraufhin am 26. September 2006 eine Strafuntersuchung wegen Verabreichens gesundheitsgefährdender Stoffe an Kinder (Art. 136 StGB). B. Mit Verfügung vom 21. März 2007 stellte die Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn das Strafverfahren ein. Eine von M.L._ dagegen erhobene Beschwerde wies die Beschwerdekammer des Obergerichts des Kantons Solothurn mit Entscheid vom 17. August 2007 ab. C. M.L._ führt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt die Aufhebung des angefochtenen Urteils und die Rückweisung der Sache an die Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn zur weiteren Strafuntersuchung. Ferner ersucht er um unentgeltliche Rechtspflege. D. Das Obergericht des Kantons Solothurn verzichtet auf eine Vernehmlassung. Die Beschwerdegegnerin und die Staatsanwaltschaft des Kantons Solothurn beantragen die Abweisung der Beschwerde.