由于自由基含未配對的電子，所以極不穩定(特別是羥自由基)，因此會從鄰近的分子(包括脂肪、蛋白質、和DNA)上奪取電子，讓自己處于穩定的狀態。這樣一來，鄰近的分子又變成一個新的自由基，然后再去奪取電子…。如此連鎖反應的結果，讓細胞的結構受到破壞，造成細胞功能喪失、基因突變、甚至死亡。
但是少量并且控制得宜的自由基是有用的。例如白血球利用自由基(超級氧，一氧化氮)來殺死外來的微生物，體內一些分解代謝的反應須要自由基來催化，血管的舒張和部分神經、消化系統訊號的傳導要藉助于自由基(一氧化氮)，基因經由自由基的刺激而得以產生突變以更適應環境的變化。