自由基是指能够独立存在的含一个或一个以上不成对电子的任何分子或离子。自由基按其化学结构分为半醌类自由基、氧中心自由基和其它碳、氮、硫中心自由基，如活性氧、羟自由基、过氧化氢、臭氧和一氧化氮自由基等。自由基的共同特点是顺磁性、化学反应性极高。基本的自由基反应有：氢抽提反应、电子转移反应、加成反应、终止反应和歧化反应。在我们机体里这些反应持续不断的发生，但机体也存在抗自由基的防御体系，只有当自由基的产生超过防御体系的清除能力，或机体的防御体系受损而不能发挥正常功能时，过多的自由基可以产生以下损害：①膜脂质过氧化损害。膜脂质过氧化后，其不饱和性改变，因而膜流动性随之改变，脆性增加。脂质自由基还可与其他脂质和大分子如蛋白质相互作用引起交联，导致膜蛋白处于永久性的缔合状态，因而阻挡了蛋白受体恢复到原来的分布状态，从而严重地损害了生物膜的功能，生物膜功能抑制和结构的破坏与许多因素的中毒机制有关。如阿霉素在治疗肿瘤的同时对心脏的毒性作用就是由于自由基损伤引起的。②蛋白质的氧化损害。蛋白质是自由基攻击的重要靶分子。几种蛋白质中关键的氨基酸对自由基的损害特别敏感，如精氨酸、赖氨酸等。蛋白质对脂质过氧化的自由基中间产物也是特别敏感，如烷氧自由基可与过氧化脂质紧密相联系的蛋白质反应。蛋白质氧化后引起酶活性改变，膜和细胞功能改变。③dna的氧化损害。活性氧可对dna产生碱基修饰和链断裂两大类损害。如活性氧可与核酸反应，形成许多不同类型的碱基修饰物，8-羟基鸟嘌呤最为常见，形成数量最多，故通常以它作为dna氧化损害的重要指标。dna链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义，还可能造成部分碱基的缺失，这也可能引起癌基因的活化。另外的实验观察也证实，活性氧可导致肿瘤抑制基因如p53的失活，从而导致肿瘤的发生。最近研究还发现，dna损害后诱导一类蛋白激酶的活化，这类激酶在识别dna损害，转导dna损害信号以及通过改变细胞代谢来促进dna修复方面都起着必不可少的作用。