所有引发自由基的综合因素、尤其是越来越多的外源途径，导致自由基的瞬时增多、过量堆积，而大量自由基就像“高能连锁炸弹”一样，在人体内产生恶性连锁氧化反应，损伤机体的生物大分子和各种细胞成份，降低细胞活性，并使细胞结构和功能遭到破坏，甚至变性变异。

1、自由基与心脑血管疾病

心脏和大脑的动脉血管发生粥样硬化是引发心脑血管疾病的常见原因。

动脉粥样硬化的成因则是：自由基攻击血管壁的“低密度脂蛋白”LDL，使其丢失电子变成“氧化低密度脂蛋白”即坏胆固醇，这时作为人体重要免疫细胞的巨噬细胞就会将这种“坏胆固醇”作为异物吞噬掉，进而形成粥样硬化的斑块。由于动脉粥样硬化，导致血管腔狭窄，血流受阻，心肌细胞和脑细胞供血不足，容易引发缺血性组织坏死。缺血所引发的组织损伤是致死性疾病的主要原因，诸如冠动脉硬化与中风。但许多证据说明仅仅缺血还不足以导致组织损伤，而是在缺血一段时间后又突然恢复供血(即再灌注)时才出现损伤。缺血再灌注造成的微血管和实质器官的损伤，主要也是由再灌注瞬时产生大量自由基所引发的。显然，自由基在心脑血管疾病致病过程中的作用非常关键。

2、自由基与糖尿病

糖尿病致病因素很复杂，遗传、肥胖、衰老、免疫力下降等因素都与糖尿病的发生相关。实验发现，I型糖尿病（胰岛素依赖型糖尿病）和Ⅱ型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）患者血清中，自由基含量都明显增加，抗氧化物质明发生糖尿病本质的改变是自由基和病毒攻击胰岛β细胞，掠夺了胰岛β细胞分子的电子，使其结构受到损伤，导致胰岛β细胞功能异常，胰岛素分泌减少而引发的糖尿病。

3、自由基与老年痴呆

老年痴呆症是从脑细胞的氧化损伤开始。自由基攻击大脑的皮质细胞，掠夺其电子，使细胞膜发生过氧化反应，产生大量脂褐素，导致神经细胞的结构损伤和突触减少，释放神经递质以及信号传导功能下降，皮质血管发生变性，导致神经细胞死亡，大脑逐渐萎缩。

脑细胞发生氧化损伤，产生脂褐素的体积达到60—80立方毫米以上，即会发生老年痴呆症，而其最主要的治疗措施就是抗氧化治疗。

4、自由基与癌症

自由基在肿瘤形成过程中扮演了非常重要的角色，一方面自由基攻击细胞的糖类物质，使细胞的免疫功能降低；另一方面，自由基攻击细胞核酸物质，使DNA主链断裂，细胞发生变异，而突变的积累则导致癌变，形成癌细胞，癌细胞经过增殖，形成肿瘤组织。而不少致癌物也必须在体内经过代谢活化形成自由基并攻击DNA才能致癌。而在化疗过程中，由于药物的毒性导致细胞内产生大量的自由基，他们掠夺正常细胞组织的电子，引起骨髓损伤、白血球减少，致使化疗减慢、药量减少或被迫停止化疗。补充抗氧化物质则可防止骨髓进一步受自由基的破坏，并加速骨髓和白血球的恢复，有利于化疗的继续。

5、自由基与炎症

当肌体受到外来病原菌侵袭的时候，人体的免疫细胞在病原菌侵袭的部位聚集，激活辅酶，产生大量的自由基。自由基一方面攻击病原菌和病变细胞；另一方面，自由基攻击免疫细胞，引起细胞溶酶体释放大量的溶酶，伤害其他的组织细胞，导致炎症及关节炎。 科学家认为自由基诱发关节炎的原因在于导致了透明质酸的降解（断链），因为透明质酸是高粘度关节润滑液的主要成份。

6、自由基与肝病

肝脏是体内最大的分泌器官，参与食物消化。同时，肝脏又是一个重要的解毒器官，许多有害物质，包括酒精、药物、其它化学物质等，都要在肝脏内转成对人体无害的物质，而在这个过程中会产生大量自由基，当自由基产生超过肝脏内抗氧化物质的清除能力时，自由基掠夺了肝细胞DNA和蛋白质的电子，肝细胞的细胞膜和线粒体发生过氧化损伤，导致了肝细胞组织的损伤甚至坏死。引发如肝炎、脂肪肝、酒精肝、肝硬化、肝癌等各类肝脏疾病。