Organismien aineenvaihdunnassa on paradoksi. Vaikka suurin osa maan päällä olevista organismeista tarvitsee happea selviytyäkseen, happi on myös erittäin reaktiivinen molekyyli, joka voi vahingoittaa organismeja tuottamalla reaktiivisia happilajeja. Siksi organismeihin on osoitettu monimutkainen verkkojärjestelmä, joka koostuu antioksidanttien metaboliiteista ja entsyymeistä. Antioksidanttien metabolisten välituotteiden ja tuotteiden ja entsyymien välisen synergistisen yhteistyön avulla tärkeät solukomponentit, kuten DNA, proteiinit ja lipidit, on suojattu oksidatiivisilta vaurioilta. Antioksidanttijärjestelmä saavuttaa yleensä antioksidanttivaikutukset kahdella tavalla. Yksi on estää reaktiivisten happilajien tuotanto, ja toinen on poistaa ne ennen kuin nämä reaktiiviset aineet aiheuttavat vaurioita solujen tärkeille komponenteille. Näillä reaktiivisilla happilajeilla on kuitenkin myös tärkeitä solujen toimintoja, kuten käyttäytyminen redox -signalointimolekyyleinä biokemiallisissa reaktioissa. Siksi antioksidanttijärjestelmän rooli organismeissa ei ole kaikkien hapettavien aineiden poistaminen kokonaan, vaan pitää nämä aineet sopivalla tasolla.
Soluissa tuotettuja reaktiivisia happilajeja ovat vetyperoksidi (H2O2), hypokloorihappo (HCLO), vapaat radikaalit, kuten hydroksyyliradikaalit (· OH) ja superoksidianionit (O2). Hydroksyyliradikaalit ovat erittäin epävakaita ja reagoivat nopeasti ja epäspesifisesti useimpien biomolekyylien kanssa. Nämä lajit syntyvät pääasiassa metallikatalysoidulla vetyperoksidin vähentämisellä (esim. Fenton-reaktio). Nämä hapettimet vahingoittavat soluja aloittamalla ketjureaktiot, kuten lipidien peroksidaatio tai DNA: n ja proteiinien hapettuminen. Vaurioitunut DNA, jos sitä ei korjata, voi aiheuttaa mutaatioita ja syöpää. Proteiinien vauriot voivat estää entsyymiaktiivisuutta ja aiheuttaa proteiinien denaturoinnin tai hajoamisen.
Reaktiiviset happilajit syntyvät hapen kuluttamisella kehon metabolisissa prosesseissa energian tuottamiseksi. Useat elektronien kuljetusketjun vaiheet voivat tuottaa superoksidianionit sivutuotteena. Erityisen tärkeätä on koentsyymin Q vähentäminen kompleksissa III erittäin reaktiiviseen vapaan radikaalin välituotteeseen (Q ·). Tämä epävakaa välituote voi "vuotaa" (menettää elektronit) ja hypätä normaalista elektronien kuljetusketjusta happimolekyylien vähentämiseksi suoraan superoksidianioneihin. Peroksidit voidaan myös tuottaa hapettumalla vähentyneitä flavoproteiineja, kuten kompleksi I. Vaikka nämä entsyymit tuottavat hapettimia, on epäselvää, onko elektronin kuljetusketju tärkeämpi kuin muut biokemialliset prosessit, jotka voivat myös tuottaa peroksideja. Reaktiivisia happilajeja tuotetaan myös fotosynteesin aikana kasveissa, levässä ja syanobakteereissa, etenkin korkean säteilyn voimakkuudessa. Karotenoidit toimivat kuitenkin fotoprotektantteina absorboidakseen liiallista valoa solujen suojaamiseksi. Suuri määrä jodia ja levä- ja syanobakteereja sisältäviä seleeniä voi myös korvata korkean säteilyintensiteetin aiheuttamat solujen hapettumisvaurion. Karotenoidit, jodi ja seleeni toimivat antioksidantteina ja välttävät reaktiivisten happilajien tuotantoa reagoimalla liian pelkistettyjen fotosynteettisten reaktiokeskusten kanssa.