我們身體工作方式的核心，是產生能量，通過氧化還原生化反應將食物和氧氣轉化成能量、二氧化碳和水。細胞呼吸的過程中，大分子被分解成更小的分子，這叫做克雷布斯反應。在這個過程中不斷產生能量ATP，同時會產生更小的分子集合，這些分子集合就是我們之前所說的自由基。
隨著人類對細胞了解的不斷深入，人們發現這些小分子並非之前所認為的廢物，它們對我們細胞內的化學平衡起著至關重要的作用。它們被稱為氧化還原信號分子（RSM）。RSM全稱為Redox氧化還原信號分子，簡單說來，REDOX是指原子之間有電子轉移的化學反應。這個詞是還原和氧化的合體詞。前者是指獲得電荷，後者則是失去電荷。
自由基，也稱為「游離基」，是不成對電子的原子或者基團。人體自由基主要有外源性以及內源性兩種，今天我們講的重點是內源性自由基。
我們的機體在代謝過程中會不斷產生多種自由基，其中以活性氧( reactive oxygen species ,ROS) 最多，還有活性氮(reactive nit rogen species ,RNS)，這些都是引起蛋白質氧化損傷的重要因素，這些也被稱為「氧化還原」或「氧化還原生物學」的核心角色。它們通稱為內源性自由基，ROS和RNS可以通過多種代謝途徑產生，具有很高的反應活性。
在生物學背景下，ROS為氧的正常代謝的天然副產物，並且在細胞信號傳導和體內平衡中具有重要作用。然而，在環境壓力（例如，紫外線或熱暴露）期間，ROS水平會急劇增加。ROS的產生受應激因子反應的強烈影響，乾旱、汙染、營養缺乏、金屬毒性和紫外線輻射以及電離輻射都會令細胞產生大量的ROS。這會對細胞結構造成嚴重損害。
RNS的種類包括：一氧化氮自由基（NO•），過氧亞硝酸鹽（ONOO-），二氧化氮自由基（NO 2•）等。1980年一氧化氮自由基（NO•）被發現，1998年，Furchgott，Ignarro和Murad因為發現NO•為心血管系統的訊息轉化分子（信號分子）而獲得諾貝爾生理學和醫學獎。
自由基分子分為兩類，引起還原反應的還原類信號分子以及引起氧化反應的氧化類信號分子。氧化劑去除電子，還原劑遞送電子，細胞需要氧化與還原之間微妙的平衡，一旦這種平衡關係被打破，氧化劑的積累則被稱為氧化應激。通常，細胞會通過穀胱甘肽酶、SOD超氧化物歧化酶（SuperOxide Dismutase等）和過氧化氫酶等的作用來減少自由基對細胞的損傷作用。生物內源性抗氧化機制的地位越來越重要！某些小分子，如維生素C 維生素E，尿酸也作為細胞抗氧化物質發揮著重要作用。
生命在於平衡：氧氣對於生命十分重要，但是對於人類來說，如果空氣中氧濃度低於15%，我們就會發生缺氧，同樣，如果把氧濃度提高到70%以上，長時間呼吸氧氣會對肺部造成嚴重損傷，因為氧氣本身就是自由基。生物功能的維持就是多種因素的動態平衡，過低或過高都無法維持正常的生理過程。醫學生理學領域把這種現象稱為穩態。