Reaktivne kisikove vrste (ROS) su molekule koje sadrže element kisik i kemijski su vrlo aktivne. Ove molekule, koje mogu imati više oblika, postižu ovu reaktivnost zbog jedne zajedničke karakteristike: prisutnosti elektrona koji ima samo jednu vezu. Elektroni u ovom stanju imaju jaku tendenciju da pokušaju formirati jače veze, što dovodi do kemijskih reakcija. Reaktivne vrste kisika mogu biti jednostavne poput molekula superoksida (O2-) ili složenije molekule, poput vodikovog peroksida (H2O22). Ove molekule, koje se ponekad nazivaju oksidansima ili slobodnim radikalima, nalaze se u ljudskom tijelu i koriste se i formiraju staničnim procesima.
Stanice ljudskog tijela koriste molekule superoksida u pretvaranju hrane u energiju i drugim metaboličkim funkcijama. Ovi biokemijski procesi su vrlo složeni, ali mnogi od njih započinju tako što se molekule superoksida pretvaraju u druge reaktivne kisikove vrste, koje se zatim koriste u daljnjim reakcijama. Tijelo ima prirodna sredstva za suočavanje s tim molekulama, budući da brojni enzimi služe njihovoj neutralizaciji ili pretvorbi u manje reaktivan oblik. Preobilje reaktivnih molekula kisika potencijalno je štetno i smatra se da doprinosi mnogim procesima destruktivnim za ljudske stanice, DNK i, na kraju, cjelokupno zdravlje. Mnoge namirnice i drugi dodaci na tržištu se prodaju kao antioksidansi, tvari koje neutraliziraju višak reaktivnih molekula kisikovih vrsta, sprječavajući ih da oštete tijelo.
Molekule poput reaktivnih vrsta kisika mogu se unijeti u tijelo na više načina, ali se prvenstveno unose kroz zrak koji udišemo. Dim cigareta i industrijski ispušni plinovi sadrže velike količine ovih vrsta molekula, za koje je poznato da oštećuju ljudska tkiva, posebice pluća. Ozon (O3, prirodna molekula, također je vrlo kemijski reaktivan, iako je prisutan samo u malim količinama u Zemljinoj atmosferi.
Reaktivne vrste kisika mogu oštetiti ljudsku DNK reakcijom s proteinima sadržanim u DNK nizovima. Ovu štetu ponekad može popraviti prirodna obrana tijela, ali ta je obrana nesavršena, a kada popravak ne uspije, šteta može dovesti do genetskih mutacija. Oksidativno oštećenje DNA može uzrokovati smanjenu aktivnost enzima i povezano je s rakom. Taj potencijal oštećenja tjelesnih stanica i tkiva, zbog viška nekih reaktivnih vrsta kisika u kombinaciji s potrebom za određenim brojem nekih ROS molekula, stvara svojevrsni paradoks. Tijelo treba i koristi neke vrste ovih molekula za osnovne metaboličke funkcije, ali višak može biti štetan.