szabadgyökök free radicals olyan atomok, molekulák vagy ionok, amelyeknek párosítatlan vegyértékelektronjuk (unpaired valence electron) van; vagyis elektronvesztett atomot/molekulák. A párosítatlan elektron jelenléte azt okozza, hogy a nagyobb állékonyság érdekében elektront vonnak el más molekulától, azokkal vegyülnek. Ezért párosítatlan elektronnal csak átmenetileg léteznek, rendkívül vegyülők; környezetük bármely molekulájával (fehérjék, DNS, lipidek stb.) rögtön kapcsolódhatnak, megváltoztatva azok szerkezetét, tevékenységét. Élettani szerepük meghatározó az immunműködésben, jelközvetítésben (→hidrogén-peroxid) és az energiatermecs légzésfolyamataiban (mitochondrial respiratory chains). (→befejező elektronleadás, sejtlégzés)
Képződésük és gátlásuk, elvonásuk az egészséges szervezetben kiegyensúlyozott. Ha túl nagy mennyiségben vannak jelen (oxidative stress, elektronártmány) azonban károsítják a sejteket. Pl. enzimekhez kötődve megakadályozzák az enzimfolyamatot, akár a jelközvetítést, sejthártyai fehérjékkel társulva a sejthártya károsodik, a DNS-hez kapcsolódva génműködési zavar lehet a következmény. Mindez a sejt pusztulásához vezethet, szövetkárosodást, betegséget okozva (Parkinson-kór, Alzheimer-betegség, cukorbetegség, szív- és érbetegségek, különböző rákok). A szabadgyököknek lényeges a szerepe az öregedésben is. A felszaporodásukat akadályozó molekulákat gyökfogóknak (elektronvesztés-gátlóknak) nevezzük. (→elektronártmány, gyökfogó)
Szabadgyökök keletkeznek környezeti hatásokra is, mint: ibolyántúli sugárzás, levegő-/vízszennyeződés, dohányzás, mérgező anyagok, gyógyszertúlkapások, de lényeges az immunrendszer érintettsége miatt a lelki teher is. Az élő szervezetben a szabadgyökök fő forrása (90%) az energiatermecsből kiszabaduló elektron, pl. ha az oxigénmolekula négy helyett csak egyet vesz fel (O2 → O2•), és szuperoxid keletkezik. A szuperoxid az energiatermecsben a szuperoxid-dizmutáz enzim segítségével tovább alakul H2O2-vé (hidrogén-peroxid), amelyet a katalázok semlegesítenek: kétlépéses folyamattal vízzé és oxigénmolekulává (2 H2O2 → 2 H2O + O2) alakítanak. Keletkezik még szabadgyök a peroxibontacsban, a plazma- és a maghártyákban, és néhány oxidáz működésekor.
A szabadgyökök nagy része oxigént tartalmaz, ezért a vegyülő oxigénelemek közé sorolhatóak (reactive oxygen species, ROS). A kétféle elnevezést felváltva is használják. A szabadgyököknek tehát van egy része, amelyik vegyülő oxigénelem is, mert oxigént tartalmaz.