Organismide ainevahetuses on paradoks. Kuigi enamik maakera organisme vajab ellujäämiseks hapnikku, on hapnik väga reaktiivne molekul, mis võib reaktiivsete hapnikuliikide tootmisega organisme hävitada. Seetõttu on organismis loodud keeruline võrgusüsteem, mis koosneb antioksüdantsetest metaboliitidest ja ensüümidest. Antioksüdantsete metaboolsete vaheühendite ning toodete ja ensüümide sünergilise koostöö kaudu on olulised rakukomponendid, nagu DNA, valk ja lipiidid, kaitstud oksüdatiivsete kahjustuste eest. Antioksüdantide süsteem saavutab põhimõtteliselt antioksüdantse toime kahel viisil, üks on toimeainete tootmise vältimine ja teine on nende toimeainete kõrvaldamine enne, kui need kahjustavad raku olulisi komponente, et saavutada antioksüdatsioon. Efektiivne. Kuid neil reaktiivsetel hapnikuliikidel on ka olulised rakufunktsioonid, näiteks biokeemiliste reaktsioonide redokssignaali molekulide toimimine. Seetõttu ei ole antioksüdantide süsteemi roll organismis mitte kõigi oksüdeerivate ainete täielik eemaldamine, vaid nende ainete hoidmine sobival tasemel.
Rakkudes toodetud reaktiivsete hapnikuliikide hulka kuuluvad vesinikperoksiid (H2O2), hüpokloorhape (HClO), vabad radikaalid nagu hüdroksüülradikaalid (· OH) ja superoksiidi anioonid (O2). Hüdroksüülradikaalid on eriti ebastabiilsed ja võivad enamiku biomolekulidega reageerida kiiresti ja ilma spetsiifilisuseta. Selliseid liike toodetakse peamiselt metallist katalüüsitud vesinikperoksiidide vähendamisel (näiteks Fentoni reaktsioon). Need oksüdandid hävitavad rakud, algatades ahelreaktsioone, nagu lipiidide peroksüdatsioon või DNA ja valkude oksüdeerimine. Kui kahjustatud DNA-d ei parandata, võib see põhjustada mutatsioone ja põhjustada vähki. Valgu kahjustus võib pärssida ensüümi aktiivsust ja valk denatureeritakse või laguneb.
Inimkeha peab tarbima hapnikku, et tekitada energiatootmise protsessis reaktiivseid hapnikuliike. Selles protsessis võivad elektronide transpordiahela mitmed etapid toota kõrvalsaaduse superoksiidi anoone. Eriti oluline on, et III kompleksi koensüüm Q muutuks vähendamisprotsessi ajal väga aktiivseks vabade radikaalide vaheühendiks (Q·). See ebastabiilne vaheühend põhjustab elektroonilist "lekkimist" (elektronide kadu) ja "lekkinud" elektronid hüppavad tavalisest elektronide transpordiahelast välja ja vähendavad otseselt hapnikumolekule superoksiidi anioonide tootmiseks. Peroksiidi võib toota ka vähendatud flavoproteiinide, näiteks I kompleksi oksüdeerumisel. Kuigi need ensüümid toodavad oksüdandeid, ei ole selge, kas elektronide transpordiahel on olulisem kui teised biokeemilised protsessid, mis võivad toota ka peroksiide. Taimede, vetikate ja tsüanobakterite fotosünteesi protsessis, eriti suure kiiritusintensiivsuse korral, toodetakse ka reaktiivseid hapnikuliike, kuid karotenoide kasutatakse fotoprotektiivsete ainetena, et absorbeerida rakkude kaitsmiseks liigset tugevat valgust. Vetikad ja tsüanobakterid sisaldavad suurt hulka joodi ja seleeni, mis võivad kompenseerida ka kõrge kiirgusintensiivsuse põhjustatud oksüdatiivseid kahjustusi. Karotenoidid, jood ja seleen toimivad antioksüdantidena, et vältida reaktiivsete hapnikuliikide tootmist, reageerides ülevähendatud fotosünteetilise reaktsioonikeskusega.
