Speciile reactive de oxigen (ROS) sunt molecule care conțin elementul oxigen și sunt foarte active din punct de vedere chimic. Aceste molecule, care pot lua mai multe forme, ating această reactivitate datorită unei caracteristici comune: prezența unui electron care are doar o singură legătură. Electronii în această stare au o tendință puternică de a încerca să formeze legături mai puternice, ducând la reacții chimice. Speciile reactive de oxigen pot fi la fel de simple ca moleculele de superoxid (O2-) sau molecule mai complexe, cum ar fi peroxidul de hidrogen (H2O22). Aceste molecule, numite uneori oxidanți sau radicali liberi, se găsesc în corpul uman și sunt atât utilizate, cât și formate prin procese celulare.
Celulele corpului uman folosesc molecule de superoxid în transformarea alimentelor în energie și în alte funcții metabolice. Aceste procese biochimice sunt foarte complexe, dar multe dintre ele încep cu transformarea moleculelor de superoxid în alte specii reactive de oxigen, care sunt apoi utilizate în reacții ulterioare. Organismul are mijloace naturale pentru a face față acestor molecule, deoarece numeroase enzime au scopul de a le neutraliza sau de a le transforma într-o formă mai puțin reactivă. O supraabundență de molecule reactive de oxigen este potențial dăunătoare și se crede că contribuie la multe procese distructive pentru celulele umane, pentru ADN și, în cele din urmă, pentru sănătatea generală. Multe alimente și alte suplimente sunt comercializate ca conținând antioxidanți, care sunt substanțe care neutralizează excesul de molecule ale speciilor reactive de oxigen, împiedicându-le să dăuneze organismului.
Molecule precum speciile reactive de oxigen pot fi introduse în organism în mai multe moduri, dar sunt introduse în principal prin aerul pe care îl respirăm. Fumul de țigară și evacuarea industrială conțin cantități mari din aceste tipuri de molecule, despre care se știe că dăunează țesuturilor umane, în special plămânilor. Ozonul (O3, o moleculă naturală, este, de asemenea, foarte reactiv din punct de vedere chimic, deși este prezent doar în cantități mici în atmosfera Pământului.
Speciile reactive de oxigen pot deteriora ADN-ul uman prin reacția cu proteinele conținute în șirurile de ADN. Aceste daune pot fi uneori reparate de apărarea naturală a organismului, dar aceste apărări sunt imperfecte, iar atunci când reparațiile eșuează, daunele pot duce la mutații genetice. Daunele oxidative ale ADN-ului pot cauza scăderea activității enzimelor și au fost legate de cancer. Acest potențial de deteriorare a celulelor și țesuturilor organismului, din cauza unui surplus de unele specii reactive de oxigen în combinație cu necesitatea unui anumit număr de molecule ROS, creează un fel de paradox. Organismul are nevoie și utilizează anumite tipuri de aceste molecule pentru funcțiile metabolice de bază, dar un exces poate fi dăunător.