Kui hapnik reageerib keemiliselt teiste aatomitega, tekivad vastastikmõjul vabad radikaalid, mis on aatomid, mis sisaldavad väliskestas paarimata elektroni. Ebastabiilsed vabad radikaalid reageerivad kiiresti teiste ühenditega, püüdes varastada elektroni. Kui rünnatav molekul kaotab oma elektroni, areneb see ise vabaks radikaaliks, käivitades ahelreaktsiooni. Vabade radikaalide peamine oht tuleneb kahjustustest, mida nad põhjustavad raku desoksüribonukleiinhappele (DNA) või rakumembraanidele. Vabade radikaalide kahjustusi, mis soodustavad vähki, vananemist ja mitmeid haigusi, saab potentsiaalselt ära hoida antioksüdantidega, mis on kemikaalid, mis loovutavad kergesti elektrone vabadele radikaalidele.
Mitokondrid on väikesed rakulised organellid, mis toodavad rakkudele kasulikku keemilist energiat, liigutades elektrone molekulide vahel. Hapnik hõivab elektronide transpordiahelas lõpliku positsiooni ning elektroni ja hapniku vaheline vigane interaktsioon tekitab hapniku radikaalse vormi, mis on elussüsteemides kõige levinum vaba radikaal. Raku radikaalse hapnikukahjustuse peamine mehhanism on raku DNA mutatsioon. Kuigi raku parandusmehhanismid võivad parandada tuuma DNA-d, ei saa mitokondriaalset DNA-d (mtDNA) kergesti taastada. MtDNA akumuleeruv kahjustus koguneb aja jooksul, mille tulemuseks on ulatuslik mitokondriaalne düsfunktsioon, raku energiavarude vähenemine ja lõplik rakusurm.
Päikesevalguse muutused lähtemolekulides tekitavad muid vabu radikaale. Madalamates atmosfäärikihtides on kõige tähelepanuväärsemad näited lämmastikdioksiidi valguse põhjustatud dissotsieerumine, mille tulemusel saadakse hapnik ja lämmastikoksiid, mis on sudu põhikoostisosa, ning osooni fotodissotsiatsioon, et moodustada ergastatud hapnikuaatom. Oluline radikaalide allikas on klorofluorosüsivesinike dissotsiatsioon kas ultraviolettkiirguse või reaktsioonide kaudu teiste stratosfääri koostisosadega. Need vabad radikaalid hävitavad osoonikihi.
DNA vabade radikaalide kahjustus põhjustab mutatsioone, mis põhjustavad pahaloomulisi kasvajaid. Ateroskleroos, alkoholiga seotud maksakahjustus ja sigarettide suitsetamisest tingitud emfüseem on kõik tingitud paljude kehakemikaalide vabade radikaalide põhjustatud oksüdatsioonist. Vabad radikaalid võivad põhjustada skisofreeniat, Alzheimeri tõbe, Parkinsoni tõbe ja kurtust. Veel üks vabade radikaalide kahjustuste näide on nahakahjustus, mis tekib liigse päikese käes viibimisel. “Vananemise vabade radikaalide teooria” väidab, et vabad radikaalid käivitavad vananemisprotsessi.
Oksüdatsioon on radikaalse hapniku poolt põhjustatud vabade radikaalide kahjustuse protsess. Antioksüdandid on molekulid, mis võivad ohutult annetada elektrone vabadele radikaalidele, lõpetades oksüdatiivse ahelreaktsiooni enne kriitiliste molekulide kahjustamist. Kuigi mitmed keha ensüümsüsteemid püüavad vabu radikaale, on peamiste vitamiinide või mineraalsete antioksüdantide hulka A-vitamiin või beetakaroteen, E-vitamiin, C-vitamiin ja seleen, mis on metallijääk. Keha ei tooda neid toitaineid, mistõttu tuleb neid saada osana hästi tasakaalustatud toitumisest.