Gốc tự do là phân tử, ion hay một nguyên tử có số một electron hay có số electron lẻ nên thường không ổn định dễ dàng phản ứng với các phân tử khác trong tế bào.
Gốc tự do có thể mang điện tích dương, âm hoặc không mang điện và chúng đều giữ vai trò quan trọng trong hệ thống sinh học. Chúng có lớp điện tử ngoài cùng chứa một điện tử không ghép cặp (hay gọi là điện tử đơn độc), do có điện tử không ghép cặp ở lớp ngoài cùng nên gốc tự do rất không ổn định, chúng luôn có xu hướng cướp điện tử của các nguyên tử hay phân tử khác để trở về trạng thái ổn định, nhưng lại biến các nguyên tử hoặc các phân tử này trở thành gốc tự do, làm cho cấu trúc tế bào bị thay đổi và bị phá vỡ. Các gốc tự do được sinh ra trong cơ thể chủ yếu từ hai nguồn:
Nguồn gốc nội sinh được tạo ra thường xuyên do chuỗi hô hấp tế bào. Chuỗi hô hấp tế bào là quá trình chuyển đổi năng lượng cho sự hoạt động của các tế bào, năng lượng được chuyển đổi chủ yếu từ carbohydrate.
Nguồn ngoại sinh: Do các tác nhân phóng xạ, phản ứng viêm, căng thẳng, mệt mỏi kéo dài, thuốc lá, ô nhiễm môi trường và một số tác nhân khác.
Các gốc tự do có hoạt tính rất mạnh nếu tăng quá mức sẽ gây ra những tổn thương đến tế bào, làm tăng nguy cơ bệnh tật.
Một số loại gốc tự do nguy hiểm gây hại cho cơ thể như: Superoxide, ozone, hydrogen peroxide, peroxy lipid, hydroxyl radical gây ra nhiều tổn thương tế bào.