基础
一方面，自由基是机体正常物质代谢的参与者，也是维持多种重要生理功能的物质基础。自由基的主要生理功能如下：
防御作用
在吞噬细胞杀灭、清除病原微生物的过程中，自由基起着重要作用——中性粒细胞在吞噬病原体后向已吞噬的细菌、病毒迅速喷射出大量活性氧将其置之于死地。
杀伤癌细胞的作用
自然杀伤（NK）细胞与粒细胞也有类似的通过活性氧杀伤癌细胞的作用，并使癌细胞发生崩解而死。
解毒作用
有毒的化学物质在肝细胞光面滑质网内，活性氧使其发生羟化，从而降低了毒性，增加了极性，易于随胆汁、尿液排出体外。
参与激素合成
甲状腺滤泡内甲状腺激素的合成与活性氧有关。碘原子先被氧化而形成活性碘，再合成甲状腺素。自由基还参与和促进前列腺素、胶原蛋白、凝血酶等多种大分子的合成。
2. 氧化应激的毒性作用
另一方面，自由基性质极不稳定， 具有抢夺其他物质的电子，使自己不成对的电子配成对。而被抢走电子的物质也变得极不稳定，立即又去抢夺其他特定的电子，于是产生一连串的连锁反应，造成一系列的组织细胞与大分子的损伤成为各种疾病发生、发展的病理基础。
对脂质的影响
活性氧与脂质相遇后会发生脂质过氧化作用。生物膜主要是脂质构成的， 因此是脂质过氧化反应受损的主要部位。生物膜一旦发生脂质过氧化反应， 膜的完整性受损，通透性异常增大，膜流动性降低，膜脆性增加，易于破裂， 甚至导致细胞死亡。
脂质过氧化与衰老、肿瘤、炎症、血栓症、动脉硬化、溶血、玻璃体混浊、肝脏和肺脏疾病等均有密切关系。
对蛋白质的损害作用
活性氧对蛋白质产生变性、降解等效应后，使蛋白质丧失原有的结构与功能，从而影响受体蛋白的正常功能，导致酶活性丧失。
对核酸的影响
活性氧可与核酸的碱基发生加成反应，从而导致原核酸分子所携带的遗传信息错失。此外，活性氧引发的脂质过氧化反应及其产生可对核酸形成多种形式的交联，导致DNA 损伤，使复制、转录、翻译等过程受到影响。
对糖类的影响
活性氧能加速糖基化氧化作用，进而影响其生理生化功能。
二、自由基氧化应激祸及全身
人体本身具有的“抗氧化能力”能清除多余的自由基，但随着年龄增大或罹患疾病，清除自由基的能力也就随之降低。正是由于自由基与脂质、蛋白质等发生各种反应，对细胞进行攻击，才诱发了多种疾病。
研究证实，冠心病、机体衰老、老年痴呆、肿瘤的发生和发展、帕金森、糖尿病等都与自由基氧化应激有密切的关系。