L'oxygène est impliqué dans de nombreuses réactions biochimiques. Il est généralement transformé en eau. Dans certaines conditions pathologiques, il peut générer un élément réactif suite à sa transformation moléculaire. Cet élément réactif appelé Radical Libre. C'est un composé chimique instable porteur d'électron libre qui va réagir sur d'autres constituants pour les transformer, les altérer ou les inactiver. Ces radicaux vont accélérer le vieillissement cellulaire. Les radicaux libres les plus représentés sont les radicaux superoxyde et hydroxyle. Ils contribuent à la peroxydation des lipides membranaires, ce qui se manifeste par la formation de lipofuscine.

Il existe des enzymes chargées de neutraliser les radicaux libres: il s'agit de la SOD (superoxyde dismutase), qui détoxifie le radical superoxyde mais produit le peroxyde d'hydrogène, ce dernier étant détoxifié par la glutathion peroxydase. La catalase est également impliquée dans la détoxification.

Maladie de Parkinson: la dopamine est un produit hautement oxydable, principalement sous l'action des MAO, produisant des radicaux libres. Ces derniers, catabolisés par le fer situé en grande concentration dans la substance noire, sont capables de provoquer un stress oxydatif et la mort des cellules dopaminergiques.