Iako su biološke oksidacije glavni izvor energije za životne funkcije ćelije, zbog nedovoljne biološke savršenosti ovog procesa, on je praćen i stvaranjem proizvoda delimične redukcije molekulskog kiseonika koji su veoma štetni po tu istu ćeluju. Molekulski kiseonik, postepenim primanjem elektrona u toku biološke oksidacije, prolazi kroz čitav niz međuproizvoda: superoksid, vodonik peroksid, hidroksilni radikal i konačno spajanje sa protonom u molekul vode.
Ako se redukcija molekulskog kiseonika zaustavi na bilo kome od ovih međuproizvoda, koji se zajednički nazivaju slobodni kiseonički radilaki, dolazi do njihovog nagomilavanja i oštećenja ćelija nazvanog oksidatini stres. Navedena jedinjenja stvaraju se neprekidno kao sporedni produkti aerobnog metabolizma, ali je to stvaranje naročito povećano pod dejstvom nekih lekova i toksina, ili kada su zaštitni mehanizmi ćelija smanjeni. Budući da su slobodni kiseonički radikali izuzetno hemijski reaktivne materije oni stupaju u hemijske reakcije sa sastojcima ćelije pa mogu da izazovu ozbiljna hemijska oštećenja DNA, proteina, i nezasićenih lipida i izazovu smrt ćelije. Smatra se da ove reakcije igraju veliku ulogu u mnogim patološkim procesima, a pre sve u reperfuzionom oštećenju ishemičnog tkiva, u kanceru, u zapaljenskim procesima, te da predstavljaju i osnovni uzrok starenja.
Kako je stvaranje kiseoničkih radikala neizbežan proces koji prati aerobni metabolizam, ono se ne može izbeći, pa su zbog toga u ćelijama razvijeni sistemi odbrane koji neprekidno neutrališu ova jedinjenja i tako štite ćelij od oštećenja. Materije koje mogu da neutrališu ova jedinjenja i tako štite ćeliju od oštećenja. Materije koje mogu da neutrališu kiseoničke radikale nazivaju se antioksidansi i njih ima dve vrste: antioksidacioni enzimi i antioksidaciona hemijska jedinjenja.
Antioksidacioni enzimi neposredno ili posredno ubrzavaju reakcije kojima se vrši neutralizacija pojedinog slobodnog kiseoničkog radikala. Tako superoksid dismutaza vrši neutralizaciju superoksida prevodeći ga u vodonik peroksid ili molekulski kiseonik, a katalaza vrši neutralizaciju vodonik peroksida prevodeći ga u molekulski kiseonik ili vodu. Najvažniji antioksidacioni enzim je glutation peroksidaza koja u prisustvu selena katalizuje redukciju vodonik peroksida od strane redukovanog glutationa pri čemu se stvara vode a glutation prelazi u oksidovani oblik. Enzim glutation reduktaza indirektno pomaže ovu neutralizaciju tako što regeneriše redukovani glutation uz NADPH2 kao koenzim.
Antioksidaciona hemijska jedinjenja su neki sastojci živih ćelija koji imaju reduktivna svojstva, pa zahvaljujući tome imaju mogućnost da redukuju i slobodne kiseoničke radikale i tako štite ćeliju od oksidativnog stresa. Među njima na prvom mestu su askorbinska kiselina( C vitamin ), E vitamin i beta-karoten za koje je u kliničkim ispitivanjima na bolesnicima dokazano da smanjuju rizik od kancera i nekih hroničnh bolesti. U poslednje vreme je za mnoge materije naročito biljnog porekla dokazano da in vitro mogu da izvrše neutralizaciju slobodnih kiseoničkih radikala, ali je njihovo dejstvo in vivo pod velikim znakom pitanja.