Kad skābeklis ķīmiski reaģē ar citiem atomiem, mijiedarbība rada brīvos radikāļus, kas ir atomi, kuru ārējā apvalkā ir nepāra elektrons. Nestabilie brīvie radikāļi ātri reaģē ar citiem savienojumiem, mēģinot nozagt elektronu. Kad uzbrūkošā molekula zaudē savu elektronu, tā pati pārvēršas par brīvo radikāli, sākot ķēdes reakciju. Galvenais brīvo radikāļu drauds rodas no bojājumiem, ko tie nodara šūnu dezoksiribonukleīnskābei (DNS) vai šūnu membrānām. Brīvo radikāļu bojājumus, kas veicina vēzi, novecošanos un vairākas slimības, iespējams, var novērst ar antioksidantiem, kas ir ķīmiskas vielas, kas viegli ziedo elektronus brīvajiem radikāļiem.
Mitohondriji ir mazi šūnu organoīdi, kas ģenerē šūnām noderīgu ķīmisko enerģiju, pārvietojot elektronus starp molekulām. Skābeklis ieņem pēdējo vietu elektronu transportēšanas ķēdē, un nepareiza mijiedarbība starp elektronu un skābekli rada skābekļa radikālo formu, kas ir visizplatītākais brīvais radikālis dzīvās sistēmās. Primārais radikālo skābekļa bojājumu mehānisms šūnā ir šūnu DNS mutācija. Lai gan remonta mehānismi šūnā var salabot kodola DNS, mitohondriju DNS (mtDNS) nevar viegli atjaunot. Laika gaitā uzkrājas akumulējoši mtDNS bojājumi, kas izraisa plašu mitohondriju disfunkciju, šūnu enerģijas krājumu samazināšanos un galīgo šūnu nāvi.
Izmaiņas avota molekulās saules gaismas ietekmē rada citus brīvos radikāļus. Atmosfēras lejasdaļās visievērojamākie piemēri ir gaismas izraisītā slāpekļa dioksīda disociācija, iegūstot skābekli un slāpekļa oksīdu, kas ir galvenā smoga sastāvdaļa, un ozona fotodisociācija, veidojot ierosinātu skābekļa atomu. Svarīgs radikāļu avots ir hlorfluorogļūdeņražu disociācija ar ultravioleto starojumu vai reakcijām ar citām stratosfēras sastāvdaļām. Šie brīvie radikāļi iznīcina ozona slāni.
Brīvo radikāļu bojājumi DNS izraisa mutācijas, kas izraisa ļaundabīgu audzēju. Ateroskleroze, ar alkoholu saistīti aknu bojājumi un cigarešu smēķēšanas izraisīta emfizēma ir saistīti ar brīvo radikāļu izraisītu daudzu ķermeņa ķīmisko vielu oksidāciju. Brīvie radikāļi var izraisīt šizofrēniju, Alcheimera slimību, Parkinsona slimību un kurlumu. Vēl viens brīvo radikāļu bojājumu piemērs ir ādas bojājumi, kas rodas pārmērīgas saules iedarbības rezultātā. “Brīvo radikāļu novecošanas teorija” ierosina, ka brīvie radikāļi izraisa pašu novecošanās procesu.
Oksidācija ir brīvo radikāļu bojājumu process, ko izraisa radikāls skābeklis. Antioksidanti ir molekulas, kas var droši ziedot elektronus brīvajiem radikāļiem, pārtraucot oksidatīvo ķēdes reakciju, pirms tiek sabojātas kritiskās molekulas. Lai gan vairākas ķermeņa enzīmu sistēmas attīra brīvos radikāļus, galvenie vitamīnu vai minerālvielu antioksidanti ir A vitamīns vai beta karotīns, E vitamīns, C vitamīns un selēns, kas ir metāls. Ķermenis neražo šīs uzturvielas, tāpēc tās ir jāiegūst kā daļa no sabalansēta uztura.