Vesi on sähköisesti neutraali molekyyli, joka voidaan muodostaa vetyionien ja hydroksidi-ionien yhdistämisellä, kuten happo-emäs-reaktioissa. Kemistien lyhenteellä kirjoitettuna reaktio on H+ & OH- → H2O. Tässä yksinäinen vetyatomi on itse asiassa ioni, joka ei sisällä negatiivisia elektroneja ja jolla on siten positiivinen varaus, kun taas vety-happiyhdistelmässä on kaksi vapaata elektronia, mikä antaa sille negatiivisen varauksen. On mahdollista tuottaa toinen muoto vety-happi-yhdistelmästä, joka kuljettaa vain yhden vapaan elektronin, ei kahta. Tämä on sähköisesti neutraali, mutta kemiallisesti erittäin reaktiivinen hydroksyyliradikaali.
Happi on voimakkaasti elektronegatiivinen, kun taas vety on sähköpositiivinen. Lisäksi vetyatomi on melko pieni verrattuna happiatomiin. Se on “elektroneja rakastava” happiatomi vetyatomin sijaan, joka kuljettaa vapaan elektronin. Vapaiden radikaalien populaatio pienenee ajan myötä hankauksen seurauksena, kuten esimerkiksi kahden hydroksyyliradikaalin yhdistyessä muodostamaan yksi vetyperoksidimolekyyli. Sitä vastoin helposti lohkeilevia peroksideja – erityisesti orgaanisia peroksideja, joissa on suuret lisäkkeet, jotka pyrkivät venyttämään näitä sidoksia, kuten di-tert-butyyliperoksidi tai bentsoyyliperoksidi – käytetään vapaiden radikaalien lähteinä laboratorio- ja kaupallisissa synteesissä.
Hydroksyyliradikaali on tärkeä, ei vain laboratoriossa ja kaupassa, vaan myös lääketieteessä ja ilmakehässämme. Moottoriajoneuvojen ja tehtaiden troposfäärin typenoksidisaasteet hajoavat vapauttaen virittyneitä happiatomeja, •O. Nämä yksittäiset atomit, joita ei pidä sekoittaa happimolekyyleihin, O2, yhdistyvät ilman kosteuden kanssa ja muuttuvat hydroksyyliradikaaleiksi, •OH. On muitakin hydroksyyliradikaalin lähteitä, joita nähdään yleisemmin muissa tilanteissa, mukaan lukien otsonin reaktio kaksoissidosten orgaanisten yhdisteiden kanssa, joita kutsutaan alkeeneiksi. Useimmissa luonnossa esiintyvissä tapauksissa hydroksyyliradikaaleja ei pidetä toivottavina; näin on terveyden ja lääketieteen alalla.
Tämä johtuu siitä, että hydroksyyliradikaali on pieni ja erittäin liikkuva, vesiliukoinen vapaan radikaalin muoto. Ihmiskehossa vapaita radikaaleja pidetään yleensä ei-toivottuina, ja ne voivat liittyä sairauksiin ja ikääntymiseen. Eräs huolta aiheuttava entsymaattinen järjestelmä on hengitysjärjestelmä, jossa vapaat radikaalit hyökkäävät herkkiä kehon kudoksia vastaan. Ilmakehän hiukkaset – erityisesti siirtymämetalli-ionit – on tunnistettu hydroksyyliradikaalien muodostajiksi kosteissa ympäristöissä, kuten keuhkokudoksessa, ja ne johtavat keuhkosairauksiin, mukaan lukien syöpään. Hydroksyyliradikaali on myös liitetty kemialliseen hyökkäykseen DNA-säikeitä vastaan.