体内正常代谢可以产生活性氧。线粒体是活性氧的一个重要来源，活性氧族如超氧阴离子自由基（O2-·）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（OH·）和单线态氧都是有氧代谢的副产物。在大多数细胞中超过90%的氧是在线粒体中消耗的，其中2%的氧在线粒体内膜和基质中被转变成为氧自由基。
体内的活性氧并不总是有害的，它对机体也有有利的一面。例如，机体内吞噬细胞在细胞膜受到刺激时，通过呼吸暴发机制，产生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS 是吞噬细胞发挥吞噬和杀伤作用的主要介质。但是在病理条件下，由于活性氧的产生和清除失去了正常平衡，常常会造成活性氧对人体的损伤。
人们很早就认识到辐射可以在体内产生活性氧。人体内的水约占体重的60%，放射线最初的作用就是使水辐射分解，产生H·OH·等，破坏细胞中的核酸、蛋白质等大分子，最终导致辐射病。T.Herrling 等人通过电子自旋共振（electron spin resonance，ESR） 的方法发现， 体外实验的皮肤细胞在紫外线的作用下可以产生氧自由基，并且这种辐射的效果与辐射强度和射线对皮肤的穿透作用的大小有关。
许多化学药物如抗癌剂、抗生素、杀虫剂、麻醉剂、芳香烃类等都可以诱导产生活性氧。高压氧也可以诱导活性氧的产生。M.Chavko 和A.L.Harabin 对在5 个大气压下饲养的大鼠进行实验，可以检测到脂质和蛋白质的过氧化，同时还原型谷胱甘肽有下降的趋势，表明有氧化损伤的存在。另外，过渡金属离子对活性氧的形成很重要，这些离子去除电子的能力是形成和扩展许多毒性极大的活性氧反应的基础。最典型的例子就是铁催化的Fenton 型反应，即毒性较低的过氧化氢在过渡金属铁存在的情况下，生成活性极高的羟自由基，从而产生更大的毒害作用。
