在我们探讨有机化学反应机理时，自由基理论应用极其广泛（见图1），事实上，这也是有机反应的基础理论。人体内也在不停地发生化学反应，那人体内是否有自由基存在呢？答案当然是肯定的。
图1.甲烷的氢被氯取代的反应机理
但自由基的存在时间极短，不容易观察，直到年，Barry等人才证实了在生物体内存在自由基，年，Denham猜测自由基可能是体内酶反应的副产物，并且他将自由基描述成一个罪恶的潘多拉魔盒，它可能导致严重的细胞损伤、突变、癌症以及生命老化，也开启了自由基认知的第一个时代。
年，Mccord发现了超氧化物歧化酶SOD，能将氧自由基转换成双氧水，并且证实超氧化物歧化酶广泛分布在哺乳动物体内。原来我们的体内是有抵抗自由基的机制，并不是在自由基这个恶魔面前，细胞只能任其蹂躏，因此开启了自由基研究的第二个时代。科学家开始研究自由基对DNA、蛋白质、脂质和细胞其他结构造成的氧化损伤。
不久之后，一篇文章中记录了超氧阴离子（O2·),羟基自由基（OH）通过其衍生物刺激鸟苷酸环化酶的激活和“第二信使”cGMP的形成（cGMP参与细胞膜离子通道的开启、糖原分解、细胞凋亡以及舒张平滑肌）。后来又有人发现了一氧化氮（NO）可作为控制平滑肌松弛和抑制血小板粘附的调节分子，超氧阴离子或者低浓度的H2O2会增加白细胞介素-2（IL-2）的表达，过氧化氢能激活转录因子NF-kB（NF-kB:核转录因子，参与细胞对刺激的反应，在调节对感染的免疫应答中起关键作用）等等，让自由基学说进入了第三个时代，自由基不仅仅是对生物体有害的存在，它参与机体内重要的生命活动调节。
进入21世纪，现已经有大量证据表明，生物体不仅适应了与自由基的不友好共存，而且事实上已经发展出了有益于自由基利用的机制。涉及自由基或其衍生物的重要生理功能包括以下方面：调节血管张力、感知氧张力和调节由氧浓度控制的功能、增强各种膜受体（包括淋巴细胞抗原受体）的信号转导以及确保维持氧化还原稳态的氧化应激反应，鉴于氧化应激在多种疾病中的作用，氧化还原调节领域也越来越受到临床医学的