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自由基是指能独立存在，含有未成对电子的原子，原子团、分子或离子。自由基的不成对电子具有配对趋向，夺取或失去一个电子构成配对电子。因此自由基十分活泼，极易与周围分子发生反应，且存在的时间极短。
人体内自由基的来源有外源性和内源性两种渠道。外源性自由基包括电离辐射及大气污染；药物，如解热镇痛药、抗结核药、硝基化合物药物、含醌式结构的抗癌药、类固醇激素等进入体内所产生的O 2 、·OH及H 2 O 2 等；镉、水银、铅等重金属离子及杀虫剂造成的环境污染；茶叶和植物油在空气中放置过久后造成的自由基含量增加。内源性自由基包括细胞内线粒体、内质网、细胞核、过氧化物酶体、质膜及胞液等产生的自由基。
人体内存在的抗氧化酶及小分子抗氧化剂所组成的自由基清除系统，是将各种自由基的浓度维持在一个有利无害的生理性低水平的屏障。正常情况下，人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡之中的。因此，在生理状态下，自由基的浓度很低，不仅不会损伤机体，而且还显示出独特的生理作用。但是，当自由基产生过多或清除过慢时，就会对机体产生一系列损害，加速机体的衰老过程并诱发各种疾病。例如，自由基化学反应性极强，在参与一系列的连锁反应后，能造成细胞生物膜上的脂质过氧化，引起细胞损伤。自由基直接作用于蛋白质，并与最邻近的氨基酸反应发生蛋白质过氧化，使蛋白质的多肽链断裂或与个别氨基酸发生氧化反应或使蛋白质交联而发生聚合作用，从而使蛋白质的结构发生变化，导致细胞功能紊乱。如老年人皮肤起皱、骨骼变脆等都与胶原蛋白破坏和功能改变有关。自由基还可与碱基或五碳糖发生反应，生成碱基自由基或在DNA的脱氧核糖部分形成自由基，最终使DNA链断裂或碱基破坏、缺失，使核酸分子的完整性和构型受到破坏，造成遗传信息改变，使生物体发生突变或产生病变。自由基可使组成核酸的核糖、脱氧核糖形成脱氢自由基，从而造成DNA主链断裂或碱基破坏。自由基还可通过氧化降解使多糖破坏，影响组织功能，如脑组织中的多糖遭到破坏就会影响大脑的正常功能。脂类、蛋白质、核酸、糖类是组成生物体的基本而重要的化合物，这些物质一旦受损，生命活动将受到威胁，自由基对生物体的危害就在于能破坏这些生物大分子，使细胞受损，机体患病，如动脉粥样硬化、糖尿病、肿瘤、胃肠道功能失调、感染、免疫失调等。
大量资料已经证明，炎症、肿瘤、衰老、血液病、糖尿病以及心、肝、肺、肾、脑、皮肤等100多种疾病的发生机理与体内自由基产生过多或清除自由基能力下降有密切关系。自由基是疾病和衰老的元凶。
随着年龄的增长，人体就不能维持自由基产生和清除之间的动态平衡，使得人体内有大量过剩的自由基积累。过多的自由基可引发细胞膜脂质氧化，脂质过氧化的产物MDA，也造成细胞内核酸变性及功能障碍，当这些损害物积累时，机体就向老化发展。
正常情况下，人体内存在多种抗氧化防御机制，以使自由基的产生和清除保持一种动态平衡。这些机制的效应物主要有：
1．抗氧化酶类：主要包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶以及谷胱甘肽转硫酶等。
2．抗氧化维生素类：维生素C、视黄醇类、类胡萝卜素以及维生素E。
3．小分子抗氧化物质：谷胱甘肽、尿酸和辅酶Q。
4．金属离子螯合剂及金属硫蛋白和血浆铜蓝蛋白。
5．生物大分子的修复：蛋白质和酶的修复、DNA修复及不正常蛋白质水解。
人体内的自由基和自由基的防御机制之间是相互依存、相互斗争、相互转化的矛盾关系，只有辩证地认识这对矛盾在不同生物体、不同遗传基因、不同生长阶段、不同生理疾病条件下的变化规律，才能更好地利用自由基这把“双刃剑”来防御疾病。
正常值：≤+10
一氧化氮具有很多良性心血管生理效应，但如果生成过多就会适得其反。尤其当一氧化氮与过氧阴离子反应形成过氧亚硝酸时，就会成为一种强效细胞毒性物质，导致心肌损害。
过氧亚硝酸自由基是一种强氧化剂，能与多种分子发生反应，特别是氧化铁/硫中心、锌指结构和蛋白巯基，引起蛋白质、脂质和DNA的氧化性损害。谷胱甘肽氧化导致细胞内外最重要的自由基清除机制被削弱，更有助于它的生成，形成恶性循环。它还能产生羟自由基来攻击生物分子。当过氧亚硝酸与蛋白质分子中的酪氨酸反应后，形成的硝基酪氨酸会影响蛋白质功能。心肌细胞结构蛋白中的酪氨酸残基硝基化，会导致肌丝解体。酶蛋白被氧化或硝基化后活性减低，如线粒体ATP合成酶、乌头酸酶活性受抑制导致能量生成减少。过氧亚硝酸可引起心肌细胞线粒体细胞色素C脱失，导致线粒体氧化障碍。
正常值：≤+10
分子量小于1000道尔顿（尤其小于400道尔顿）的自由基称为小分子自由基，一般为简单的单体物质，存在于真核生物细胞核和细胞质中。人体中具有生物活性的小肽、寡肽、寡糖、寡核苷酸、维生素、矿物质等小分子，在各种结合反应中，会产生很多有害的自由基，并同样以小分子形态存在，并对人体产生危害。
正常值：≤+10
过氧化氢本是一种化合物，也就是通俗说法中的过氧化氢（双氧水），它的性能不稳定，容易被分解，是很敏感的自由基发生物。当分子结构中的氧-氧键断裂时，就会形成氧-氢自由基，进而产生破坏性极大的羟基自由基。羟基自由基是最活跃的自由基，会造成体内脂质过氧化而破坏细胞，也会和糖类、氨基酸、磷脂质、核酸、有机酸等任何生物体内的物质反应，特别是和DNA中的嘌呤、嘧啶作用，导致细胞死亡或突变。
正常值：≤+10
生命离不开氧气，但氧气在为生命做着重要贡献的同时，也会产生氧自由基，对细胞损伤和老化起到推波助澜的作用。
人体吸收的氧气大部分会被线粒体电子传递并生成水，但其中有些酶却可把氧气直接还原成过氧化氢，还有的酶，例如黄嘌呤脱氢酶，则可直接把氧气还原成超氧阴离子自由基。人体红细胞中的血红蛋白分子，在运输氧气的同时，也会产生超氧阴离子自由基。细胞核膜中的电子传递链也可以把电子漏给氧气，产生超氧阴离子自由基。超氧阴离子自由基是其他氧自由基的来源，是氧毒性的主要原因。
超氧离子自由基引起的疾病，包括高压氧和氧中毒、吞噬作用与急性炎症和水肿、自身免疫性疾病、肺气肿、辐射病、小肠或心肌缺血后再灌注综合征和老年性白内障等。另外，超氧离子自由基的攻击，可以使细胞结构和功能受到损害，并启动脂质过氧化反应，引发衰老。
正常值：≤+10
羟自由基系活性氧的一种。羟自由基能杀死红细胞，降解DNA、细胞膜和多糖化合物。羟自由基可以使组织中的糖类、氨基酸、蛋白质、核酸等物质发生氧化，遭受氧化性损伤和破坏，导致细胞坏死或者突变，是形成衰老和肿瘤疾患的重要因素。