酸化ストレスは、化学的には酸化種の生産量の増加、またはグルタチオンなどの抗酸化防御の有効性の大幅な低下に関連している[19]。酸化ストレスの影響はこれらの変化の大きさに依存しており、これにより細胞は僅かな摂動にも抗して元の状態を維持することができる。それもより強くなると細胞死のリスクを引き起こすこともあり、適度であればアポトーシスを誘発する程度に留まるものの、過度の強いストレスは細胞の壊死を引き起こす可能性がある[20]。遊離基や過酸化物等を始めとする活性酸素の発生は、酸化ストレスの極めて大きなマイナス面の1つでもある。酸化還元反応によって、広範囲での細胞損傷を引き起こし得るより危険なラジカル種を生成するものもあり、長期的にはDNAの損傷をも与え得る[21]。放射線によるDNAの損傷は酸化ストレスによるそれと似ており、これらの創傷は老化や癌に深く関係している。8-オキソグアニンやチミングリコール(英語版)の発生のような放射線または酸化による一塩基損傷の生物学的な影響は広く議論されており、最近の議論の焦点はいくつかのより複雑な創傷に移っている。ヒトの細胞は、KEAP1というタンパク質で酸化ストレスを感知し、転写因子Nrf2などにより様々な防御を試みる[22]。