Quando predomina a produção de RLOs, estes atacam os lipídeos, as proteínas e até mesmo o ácido desoxirribonucleico (DNA) das células. Uma célula atacada por radicais livres de oxigênio pode alterar seu código genético, perder sua integridade por ruptura da parede celular ou modificar suas funções. Esses fenômenos levam à desregulação do crescimento celular ou à inativação dos mecanismos de defesa imunológica.
Existem mecanismos de defesa antioxidante que mantêm os RLOs dentro dos limites permitidos para o adequado funcionamento do organismo; porém, se esses mecanismos falham e/ou os níveis de RLO ultrapassam esses limites por um aumento na sua formação, numerosas macromoléculas são danificadas e convertem-se em agentes causais de diversas entidades patológicas. Quando ocorre esse distúrbio metabólico, que é um desequilíbrio pró-oxidante/antioxidante a favor dos RLOs, há estresse oxidativo metabólico, que pode levar à morte celular e, por vias muito diversas, à morte celular programada, conhecida como apoptose.
- Mitocôndria: Nela se realiza a respiração celular, na qual os seres vivos utilizam o oxigênio para a obtenção de energia.
As mitocôndrias são organelas destinadas à transformação de energia, com a colaboração do O e com a produção de ATP. Durante os processos metabólicos nos quais estão implicados os carboidratos e as gorduras, são produzidas grandes quantidades de íons hidrogênio e elétrons que, através da cadeia de transporte de elétrons, combinam-se com o O2 com a finalidade de produzir a energia necessária para a síntese de ATP. Esse processo é conhecido como fosforilação oxidativa.