自由基，化学上也称为“游离基”，是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。
理解自由基首先要理解电子对。可先考虑一下共价键，两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构，像这样由几个相邻原子通过共用电子并与共用电子之间形成的一种强烈作用叫做共价键。其本质是原子轨道重叠后，高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。电子存在两种自旋方式，不同自旋电子有形成电子对的趋势，这是共价键产生的量子力学基础。
电子有成对的趋势，自由基存在不成对电子，这使得自由基非常容易和其他物质发生反应，其实就是抢夺电子或失去电子，抢夺电子是氧化能力，失去电子是还原能力，所以自由基活波，同时有氧化性也有还原性。为什么许多人简单把自由基当成氧化性强的物质?
这就需要我们了解活性氧的概念，活性氧有的时候是含有氧的自由基，例如一氧化氮、羟基自由基和超氧阴离子都是活性氧，也是自由基。但活性氧还包括具有氧化活性的非自由基类活性分子，例如过氧化氢就是典型的非自由基活性氧。虽然有的活性氧不是自由基，但这些物质和自由基有类似的特征，生物医学领域一般统一叫活性氧。
还有另外一个原因是身体内自由基往往具有氧化作用，我们说过自由基有氧化性，也有还原性。但是在含有氧气的人体和生物体内，某些具有强还原作用的自由基会很容易和氧气发生反应变成具有氧化作用的自由基或活性氧，这导致生物体系内的自由基都具有氧化性为主。
