自由基（free radical）又稱游離基或稱活性氧化物（reactive oxygen species, ROS），是指能獨立存在並具有一個或一個以上不成對電子的離子、原子或分子。

生物組織細胞必須仰賴粒線體進行呼吸作用以獲得能量，在氧化的反應過程約有 22～3%3% 的氧氣會變成活性氧化物。氧氣在代謝過程會因多得到一個電子不成對而形成極活潑不穩定的超氧化物自由基（superoxide radical）。

自由基有不配對的電子，故極易與體內其他分子發生反應，搶奪對方的電子，被搶走的分子又變成不穩定的自由基，再搶奪其他分子的電子，而形成更多自由基，稱為自由基連鎖反應。甚至一些較不具活性的自由基也會因交互的連鎖反應而產生活性更強的自由基。

氧及其衍生物。因為H2O2中的 O－O 鍵結很弱容易均裂，而成為羥自由基（hydroxyl radical）

自由基是生物體代謝的必然產物，活性比氧氣強，下列 5 種是其中活性特強且極易破壞細胞組織的自由基：

單一態氧1O2（singlet oxygen）：活性比氧氣高，容易破壞細胞。
超氧化自由基O2-˙（superoxide anion radical）：是人體內最多的自由基。
過氧化氫H2O2（hydrogen peroxide）：由超氧化自由基代謝後所產生。
氫氧自由基．OH（hydroxyl radical）：是破壞力最強的自由基。
脂質過氧化自由基LOO‧（lipid hydroxide）：自由基破壞脂質後的產物。

其產生的來源主要可分為體內代謝與外物侵入兩大類：

體內代謝：
屬於自生性，在細胞粒線體中電子傳遞鏈（electron transport chain）、過氧化酶（peroxidase）和細胞色素 P450（cytochrome P-450）等代謝過程會自然產生自由基，熬夜、焦慮、生活不正常和心理壓力也會產生。自由基活性很大，極易與其他物質反應，包括體內有用的維生素、核酸、酵素、荷爾蒙、抗體等，甚至外來的病菌、異物或是受感染的細胞。

外物侵入：
屬於外來性，如油炸食物、精緻加工食品、過量飲酒、人工色素、防腐劑及芳香劑等，或接觸污染環境，如酸雨、抽煙、清潔劑、除草劑、殺蟲劑、冷媒、放射線、紫外線及噪音等，或手機、電磁爐及微波爐等的磁場，還包括水污染和空氣污染等，都會經由消化與呼吸系統或皮膚接觸後進入人體產生大量自由基。

自由基究竟是有利還是有害呢？自由基對生物體有好處，體內自然形成適量的自由基可成為預防或抵禦疾病的利器，有些則會參與細胞內的重要代謝，例如生物遭病毒、細菌、黴菌或異物感染後，巨噬細胞（macrophages）經由酵素的催化會釋放自由基一氧化氮（NO），可破壞病菌、異物或受感染的細胞，甚至癌細胞。治療癌症的化療和電療也是刺激身體產生自由基以殺死癌細胞，但過量自由基反而又傷害人體正常細胞。

一氧化氮分子很小，很容易穿過血管內皮細胞的細胞膜，血管周圍的平滑肌細胞接收訊息後會舒張，造成血管擴張，讓大量血液通過，例如勃起的功能。神經系統也可接受一氧化氮刺激而增強其作用。然而，自由基一旦過量會造成自由基連鎖反應，尤其與細胞內重要物質蛋白質、碳水化合物、脂質和核酸等進行氧化，造成正常細胞傷害並失去功用，也會導致DNA破壞，引起突變、癌症或慢性病，甚至老化。 

人體每天約需 20002000～36003600 仟卡的能量供生命活動之需，能量來源是粒線體內進行的呼吸作用。在這氧化產能過程中會自然產生的許多自由基，在年輕時，體內因有較好的自由基中和系統，自由基造成的影響較小。然而，自由基修補系統的功能隨著年紀增加逐漸下降，體內因此較容易遭受自由基傷害。

常見自由基對人體造成的傷害有如下：

高血壓、動脈硬化症、腦血栓、心肌梗塞等心血管疾病：自由基造成低密度脂蛋白（LDL，俗稱壞膽固醇）的氧化，產生脂質過氧化自由基堆積在動脈內，導致心肌梗塞與中風。

白內障：光化學的變化產生自由基，造成水晶體的氧化，引起水晶體的脂肪質與蛋白質病變，而形成白內障。

癌症：自由基導致基因突變，造成細胞的惡性繁殖或腺體分泌異常。

老化：自由基與細胞內的大分子如 DNA、蛋白質、脂質、細胞、組織等結合，造成外表皮膚失去光澤及彈性，並出現皺紋，或者體內生理機能的退化，而導致衰老。
其他慢性病：如糖尿病、骨質疏鬆症、關節炎、痛風、腎臟病、肝病、腎臟病、肝病、阿茲海默症（老年痴呆症）、帕金森氏症、前列腺病變、性能力下降、免疫功能下降、甚至 AIDS 的感染與發作，均證實與自由基有密切關聯。

科學界研究防止人體受自由基氧化的物質，通稱為抗氧化物。區分為三大類：

一、人體自然合成：
人體的抗氧化酶主要有三種如下：

超氧化歧化酶（superoxide dismutase, 簡稱SOD）：是體內抗自由基的第一道防線，普遍存在微生物、植物、動物中，保護細胞避免氧氣的氧化。
麩胱甘肽過氧化酶（glutathione peroxidase, GPX）：在懷孕期間、吃花椰菜、做有氧運動、適當休閒活動或補充硒（Se）元素，都會增加 GPX。
過氧化氫分解酶（catalase）：過氧化氫是代謝過程中產生的一種廢物，對生物體有害，體內的過氧化氫酶可快速轉化過氧化氫為無毒或毒性較小的物質。
足量的礦物質銅、鐵、鋅、錳或硒可幫助以上三種酵素分解及中和自由基。

二、食物：
外來性的抗氧化食物如維生素 C，富含於番石榴、柑橘、柳丁、葡萄柚等水果。維生素 B2 及 E，富含於胚芽米、豆類及綠色蔬果等。蒜、蔥、蘆筍或花椰菜富含具抗氧化作用的植化素，如蒜素、麩胱甘肽、異硫氰酸鹽、蘿蔔硫素等。

其他如番茄富含的茄紅素、辣椒富含的辣椒紅素及胡蘿蔔、芒果、酪梨等富含的 ββ-胡蘿蔔素、吲哚、阿魏酸、綠原酸或沒食子酸，都有抗氧化能力。再者，含有類黃酮素的前花青素、花青素、檞皮素、兒茶素和芹菜素的食物，如葡萄、蔓越莓、蘋果、綠茶、芹菜、九層塔等，其抗氧化能力特別強。還有牡蠣、南瓜、綠椰菜等因含豐富的鋅、硒等，都有抗氧化的能力。

三、食品：
包含咖啡、紅酒、啤酒、綠茶、巧克力、蜂膠、魚肝油、靈芝等，都具有抵抗自由基的物質。

營養學家發現具抗自由基的物質往往會有顏色深、具酸味及苦味的特性，因此，食物中有些具有此特色者較不順口美味，但卻是優良的抗氧化食物。如：

五穀雜糧類：富含維生素 A、D、E、K。
五彩的各色天然蔬果：不僅富含維生素更有豐富的植化素。
豆類食物：富含生物類黃酮（bioflavonoid）的異黃酮素（isoflavonesl）。
紫紅色蔬果：紅葡萄的果汁、果皮及種子均富含前花青素及花青素；蘋果富含維生素 C 與維生素 B 群和多種抗氧化物；還有酸梅、藍莓、黑莓及蕃茄等。
橘黃色蔬果：柳丁、檸檬、柑桔含豐富維它命 C。胡蘿蔔、木瓜、芒果、紅柿子含豐富 ββ-胡蘿蔔素。
魚油或亞麻仁：魚油含有豐富的 omega-3 多元不飽和脂肪酸；亞麻仁和芝麻含亞麻仁油酸，可抵抗脂質的氧化，有助於降低壞膽固醇。
醱酵食品：如味噌、酒、麵包及優酪乳等，也具有抗自由基的功效，適量能提升免疫力、減緩細胞老化。