Kun happi reagoi kemiallisesti muiden atomien kanssa, vuorovaikutus tuottaa vapaita radikaaleja, jotka ovat atomeja, jotka sisältävät parittoman elektronin ulkokuorissa. Epävakaat vapaat radikaalit reagoivat nopeasti muiden yhdisteiden kanssa ja yrittävät varastaa elektronin. Kun hyökkäyksen kohteena oleva molekyyli menettää elektroninsa, se kehittyy vapaiksi radikaaleiksi ja käynnistää ketjureaktion. Suurin uhka vapaista radikaaleista johtuu vaurioista, joita ne aiheuttavat solujen deoksiribonukleiinihapolle (DNA) tai solukalvoille. Vapaiden radikaalien aiheuttamat vahingot, jotka edistävät syöpää, ikääntymistä ja useita sairauksia, voidaan mahdollisesti estää antioksidanteilla, jotka kemikaaleina luovuttavat helposti elektroneja vapaille radikaaleille.
Mitokondriot ovat pieniä soluorganelleja, jotka tuottavat hyödyllistä kemiallista energiaa soluille siirtämällä elektroneja molekyylien välillä. Happi on viimeisessä asemassa elektronien siirtoketjussa, ja viallinen vuorovaikutus elektronin ja hapen välillä muodostaa hapen radikaalin muodon, joka on yleisin vapaa radikaali elävissä järjestelmissä. Radikaalin happivaurion ensisijainen mekanismi solussa on solun DNA: n mutaatio. Vaikka solun korjausmekanismit voivat korjata ydin -DNA: ta, mitokondrioiden DNA: ta (mtDNA) ei voida helposti palauttaa. Kertyvät mtDNA -vauriot kertyvät ajan myötä, mikä johtaa laajaan mitokondrioiden toimintahäiriöön, solujen energiansaannin heikkenemiseen ja lopulliseen solukuolemaan.
Auringonvalon muutokset lähdemolekyyleihin synnyttävät muita vapaita radikaaleja. Alemmassa ilmakehässä merkittävimpiä esimerkkejä ovat valon aiheuttama typpidioksidin dissosiaatio, josta muodostuu happea ja typpioksidia, joka on sudon keskeinen ainesosa, ja otsonin valohajoaminen herätetyn happiatomin muodostamiseksi. Tärkeä radikaalien lähde on kloorifluorihiilivetyjen dissosiaatio joko ultraviolettisäteilyn tai reaktioiden avulla muiden stratosfääristen ainesosien kanssa. Nämä vapaat radikaalit tuhoavat otsonikerroksen.
DNA: n vapaat radikaalivauriot johtavat mutaatioihin, jotka aiheuttavat pahanlaatuisia kasvaimia. Ateroskleroosi, alkoholiin liittyvä maksavaurio ja tupakoinnin aiheuttama emfyseema johtuvat kaikkien kehon kemikaalien vapaiden radikaalien aiheuttamasta hapettumisesta. Vapaat radikaalit voivat aiheuttaa skitsofreniaa, Alzheimerin tautia, Parkinsonin tautia ja kuuroutta. Toinen esimerkki vapaiden radikaalien aiheuttamista vaurioista on ihovaurio, joka ilmenee liiallisessa auringonvalossa. “Vapaiden radikaalien teoria ikääntymisestä” ehdottaa, että vapaat radikaalit käynnistävät itse ikääntymisprosessin.
Hapettuminen on vapaiden radikaalien aiheuttama vahinko, jonka aiheuttaa radikaalihappo. Antioksidantit ovat molekyylejä, jotka voivat turvallisesti luovuttaa elektroneja vapaille radikaaleille ja lopettaa hapetusketjureaktion ennen kriittisten molekyylien vaurioitumista. Vaikka useat kehon entsyymijärjestelmät sieppaavat vapaita radikaaleja, tärkeimpiä vitamiineja tai mineraaleja sisältäviä antioksidantteja ovat A-vitamiini tai beetakaroteeni, E-vitamiini, C-vitamiini ja seleeni, joka on hivenaine. Keho ei tuota näitä ravintoaineita, joten ne on saatava osana tasapainoista ruokavaliota.