Les espècies reactives de l'oxigen o ROS (de l'anglès Reactive Oxidative Species) són molecules que es produïxen en les cèl·lules resultants de reaccions d'oxidació reducció incompletes on intervé l'oxigen. Aquestes espècies inclouen el peròxid d'hidrogen (H₂O₂), l'àcid hipoclorós (HClO), i radicals lliures tals com el radical oxhidril (· OH) i el radical superòxid (O₂^·−).^[1] El radical de l'oxhidril és particularment inestable i reacciona ràpidament i de forma no específica amb la majoria de les molècules biològiques. Aquesta espècie es produeix del peròxid d'hidrogen en reaccions redox catalitzades per metalls com la reacció de Fenton.^[2] Aquests oxidants poden danyar les cèl·lules començant reaccions químiques en cadena tals com la peroxidació de lípids o oxidant l'ADN o proteïnes. Els danys a l'ADN poden causar mutacions i possiblement càncer si no són revertits pels mecanismes de reparació de l'ADN,^[3][4] mentre que els danys a les proteïnes causen la inhibició d'enzims, la desnaturalització i la degradació de proteïnes.^[5]

L'ús d'oxigen com a part del procés per a generar energia metabòlica al mitocondri produeix espècies reactives de l'oxigen.^[6] En aquest procés, l'anió de superòxid es produeix com subproducte de diversos passos en la cadena de transport d'electrons.^[7] Particularment important és la reducció del coenzim Q en el complex III, ja que un radical lliure altament reactiu es forma com intermediari (Q·^−). Aquest intermediari inestable pot conduir a una pèrdua d'electrons quan aquests salten directament a l'oxigen molecular i formen l'anió superòxid en comptes de desplaçar-se amb la sèrie de reaccions ben controlades de la cadena de transport d'electrons.^[8] En un sistema similar de reaccions en plantes les espècies reactives de l'oxigen també es produïxen durant la fotosíntesi sota condicions d'alta intensitat lumínica.^[9] Aquest efecte és compensat en part per la implicació de carotenoides en la fotoinhibició, el que implica que aquests antioxidants reaccionen amb les formes sobre-reduïdes dels centres de reacció fotosintètics i de tal manera prevenen la producció de superòxid^[10] Un altre procés que produeix espècies reactives de l'oxigen és l'oxidació lipídica que té lloc a conseqüència de la producció d'icosanoides. No obstant això, les cèl·lules estan proveïdes de mecanismes que prevenen oxidacions innecessàries. Els enzims oxidatius d'aquestes rutes biosintètiques estan coordinades i són altament regulades.^[11]

Una paradoxa en el metabolisme és que mentre que la gran majoria de la vida complexa requereix l'oxigen per a la seva existència, l'oxigen és una molècula altament reactiva que danya als éssers vius produint espècies reactives de l'oxigen.^[12] Per tant, els organismes posseeixen un complex sistema de metabòlits i enzims antioxidants que actuen conjuntament per a prevenir el dany oxidatiu dels components cel·lulars tals com l'ADN, proteïnes i lípids, i reparar en últim terme les alteracions causades per aquestes espècies.^[13][14] Generalment els sistemes antioxidants eviten que aquestes espècies reactives siguin formades o les eliminen abans que puguin danyar els components vitals de la cèl·lula.^[13][12]