เมื่อออกซิเจนทำปฏิกิริยาทางเคมีกับอะตอมอื่นปฏิกิริยาจะสร้างอนุมูลอิสระซึ่งเป็นอะตอมที่บรรจุอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ในเปลือกนอก อนุมูลอิสระที่ไม่เสถียรทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับสารประกอบอื่นพยายามขโมยอิเล็กตรอน เมื่อโมเลกุลที่ถูกโจมตีสูญเสียอิเล็กตรอนมันจะพัฒนาเป็นอนุมูลอิสระโดยเริ่มจากปฏิกิริยาลูกโซ่ ภัยคุกคามหลักจากอนุมูลอิสระมาจากความเสียหายที่เกิดขึ้นกับกรด deoxyribonucleic (DNA) หรือเยื่อหุ้มเซลล์ ความเสียหายอนุมูลอิสระซึ่งก่อให้เกิดมะเร็งอายุและจำนวนของโรคสามารถป้องกันได้ด้วยสารต้านอนุมูลอิสระซึ่งเป็นสารเคมีที่บริจาคอิเล็กตรอนให้กับอนุมูลอิสระได้อย่างง่ายดาย
Mitochondria เป็น organelles ของเซลล์ขนาดเล็กที่สร้างพลังงานเคมีที่มีประโยชน์สำหรับเซลล์โดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างโมเลกุล ออกซิเจนครองตำแหน่งสุดท้ายในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและการทำงานร่วมกันอย่างผิดพลาดระหว่างอิเล็กตรอนและออกซิเจนจะสร้างรูปแบบที่รุนแรงของออกซิเจนซึ่งเป็นอนุมูลอิสระที่พบมากที่สุดในระบบชีวิต กลไกหลักของความเสียหายของอนุมูลอิสระในเซลล์คือการกลายพันธุ์ของ DNA ของเซลล์ ในขณะที่กลไกการซ่อมแซมในเซลล์สามารถแก้ไข DNA นิวเคลียร์ได้ แต่ไมโตคอนเดรียลดีเอ็นเอ (mtDNA) ไม่สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดาย ความเสียหายของ mtDNA สะสมเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปส่งผลให้เกิดความผิดปกติของไมโตคอนเดรียอย่างมากทำให้เซลล์พลังงานเสื่อมโทรมและส่งผลให้เซลล์ตายอย่างรุนแรง
การเปลี่ยนแปลงโมเลกุลของแหล่งกำเนิดจากแสงแดดสร้างอนุมูลอิสระอื่น ๆ ในชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่าตัวอย่างที่น่าสังเกตมากที่สุดคือการแยกตัวออกจากแสงของไนโตรเจนไดออกไซด์ซึ่งให้ออกซิเจนและไนตริกออกไซด์ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในหมอกควันและการสังเคราะห์แสงของโอโซนเพื่อสร้างอะตอมออกซิเจน แหล่งสำคัญของอนุมูลคือการแยกตัวของ chlorofluorocarbons โดยรังสีอัลตราไวโอเลตหรือปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น ๆ ของสตราโตสเฟียร์ อนุมูลอิสระเหล่านี้ทำลายชั้นโอโซน
ความเสียหายจากอนุมูลอิสระของดีเอ็นเอนำไปสู่การกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดมะเร็ง หลอดเลือด, ความเสียหายของตับที่เกี่ยวข้องกับแอลกอฮอล์และภาวะอวัยวะจากการสูบบุหรี่ล้วนมีสาเหตุมาจากการเกิดออกซิเดชันที่เกิดจากอนุมูลอิสระของสารเคมีต่างๆในร่างกาย อนุมูลอิสระอาจทำให้เกิดโรคจิตเภทโรคอัลไซเมอร์โรคพาร์คินสันและอาการหูหนวก อีกตัวอย่างของความเสียหายอนุมูลอิสระคือความเสียหายผิวที่เกิดขึ้นกับแสงแดดมากเกินไป “ ทฤษฎีอนุมูลอิสระแห่งวัยชรา” เสนอว่าอนุมูลอิสระทำให้กระบวนการแก่ชรานั้นเอง
ออกซิเดชันเป็นกระบวนการของอนุมูลอิสระที่เกิดจากอนุมูลอิสระ สารต้านอนุมูลอิสระเป็นโมเลกุลที่สามารถบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอนุมูลอิสระได้อย่างปลอดภัยยุติการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ออกซิเดชั่นก่อนที่โมเลกุลสำคัญจะเสียหาย แม้ว่าระบบเอนไซม์หลายอย่างในร่างกายจะกำจัดอนุมูลอิสระ แต่วิตามินหรือแร่ธาตุหลัก ได้แก่ วิตามิน A หรือเบต้าแคโรทีนวิตามินอีวิตามินซีวิตามินซีและซีลีเนียมซึ่งเป็นโลหะที่มีร่องรอย ร่างกายไม่ได้สร้างสารอาหารเหล่านี้ดังนั้นพวกเขาจะต้องได้รับเป็นส่วนหนึ่งของอาหารที่สมดุล
