Voda je električki neutralna molekula koja se može formirati spajanjem vodikovih iona i hidroksidnih iona, kao u kiselo-baznim reakcijama. Napisano kemičarskim stenografijom, reakcija je H+ & OH- → H2O. Ovdje je usamljeni atom vodika zapravo ion, koji ne nosi negativne elektrone i tako nosi pozitivan naboj, dok spoj vodik-kisik posjeduje dva slobodna elektrona, što mu daje negativan naboj. Moguće je proizvesti drugi oblik spoja vodik-kisik, koji nosi samo jedan slobodni elektron, a ne dva. Ovo je električni neutralan, ali kemijski vrlo reaktivan hidroksilni radikal.
Kisik je jako elektronegativan, dok je vodik elektropozitivan. Osim toga, atom vodika je prilično mali u usporedbi s atomom kisika. To je atom kisika koji “voli” elektrone, a ne atom vodika, koji nosi slobodni elektron. Populacija slobodnih radikala smanjuje se s vremenom kroz trošenje, kao, na primjer, kada se dva hidroksilna radikala ujedine u jednu molekulu vodikovog peroksida. Suprotno tome, peroksidi koji se lako cijepaju – osobito organski peroksidi s velikim dodacima koji imaju tendenciju rastezanja tih veza, kao što su di-tert-butil peroksid ili benzoil peroksid – koriste se kao izvori slobodnih radikala u laboratorijskim i komercijalnim sintezama.
Hidroksilni radikal je važan, ne samo u laboratoriju i trgovini, već i u medicini, pa i u našoj atmosferi. Zagađivači dušikovim oksidom troposfere iz motornih vozila i tvornica razgrađuju se i oslobađaju pobuđene atome kisika, •O. Ovi pojedinačni atomi, koji se ne smiju brkati s molekulama kisika, O2, spajaju se s vlagom u zraku, pretvarajući se u hidroksilne radikale, •OH. Postoje i drugi izvori hidroksilnog radikala, koji se češće mogu vidjeti u drugim situacijama, uključujući reakciju ozona s dvostruko povezanim organskim spojevima zvanim alkeni. U većini slučajeva koji se javljaju u prirodi, hidroksilni radikali se ne smatraju poželjnim; takav je slučaj u području zdravstva i medicine.
To je zato što je hidroksilni radikal mali i vrlo pokretljiv oblik slobodnog radikala topiv u vodi. U ljudskom tijelu slobodni radikali se obično smatraju nepoželjnim, a mogu biti povezani s bolešću i starenjem. Jedan od enzimskih sustava koji izaziva zabrinutost je dišni sustav, u kojem slobodni radikali napadaju osjetljiva tjelesna tkiva. Atmosferske čestice — posebice ioni prijelaznih metala — prepoznate su kao stvaratelji hidroksilnih radikala u vlažnim sredinama kao što je plućno tkivo i dovode do plućnih poremećaja, uključujući rak. Hidroksilni radikal je također povezan s kemijskim napadom na niti DNK.