某些抗氧化劑的不適當補充會誘發疾病和增加人的死亡幾率有假設認為體內的自由基能誘導啟動內源性反應來對抗外源的自由基（也可能是其他毒性物質）使人體受到保護最近的實驗證據也有力地確實確實如此內源性自由基產生的誘導作用使得秀麗隱桿線蟲的壽命延長 這些有毒性的自由基在低濃度時可能有毒物興奮效應能起到延長壽命和促進健康的效果而補充過量的抗氧化劑則會淬滅這些對健康起到積極作用的自由基

器官功能

因為大腦的新陳代謝速率很快且腦部都大量的不飽和脂質這些脂質易成為脂質過氧化反應的目標所以大腦是非常容易受到氧化損傷的侵害抗氧化劑因此作為藥物可用于治療各類腦部損傷超氧化物歧化酶的類似物（superoxide dismutase mimetics）丙泊酚和硫噴妥鈉能被用于治療再灌注損傷（reperfusion injury ）和創傷性腦損傷（traumatic brain injury） Cerovive和依布硒（Ebselen）作為試驗性藥物用于中風的治療這些藥物似乎可以避免神經元的氧化應激防止細胞凋亡和神經損傷

飲食關系

多吃水果和蔬菜的人患心臟病和一些神經疾病的風險更低也有證據顯示一些蔬菜和水果可能降低患癌癥的風險因為水果和蔬菜是營養素和植生素的來源由此推測抗氧化化合物可能會降低罹患一些疾病的風險這個推斷通過幾種有限的方式進行了臨床試驗結果顯示此觀點似乎不能成立因為試驗顯示補充抗氧化劑對降低患某些慢性疾病比如癌癥和心臟病的風險沒有明顯的效果這暗示了從食用蔬菜和水果所帶來的健康益處來源于水果和蔬菜中的其他成分（比如膳食纖維）或來自一個復雜的混合成分比如富含黃酮的食物具有的抗氧化效果似乎應歸功于食物中的果糖而非食物本身所含的抗氧化劑果糖起了誘導體內增加合成抗氧化劑尿酸的作用

血液中低密度脂蛋白的氧化被認為對造成心臟病起到了作用最初的觀察研究發現攝入維生素E能降低患心臟病的風險因此后來開展至少七個大型的臨床試驗來測試補充抗氧化劑維生素E的效果補充的維生素劑量從每天50mg至每天600mg這些試驗無一結果顯示維生素E的補充會對死亡總人數或因心臟病死亡的人數造成顯著性差異進一步的研究也獲得了同樣結果還不清楚在這些研究中所用的或在大多數膳食補充劑中所含的維生素E劑量是否足以顯著增加氧化應激總體上盡管對氧化應激在心血管疾病中扮演的角色已有清楚的認識但使用氧化劑維生素E的對照研究顯示罹患心臟病的風險和已患疾病的發展速率均沒有降低

體育鍛煉

在體育鍛煉時氧氣的消耗量會比平時增加超過10倍耗氧量的增大會產生更多的氧化產物造成運動中和運動后的肌肉疲勞劇烈運動后特別是在運動后的24小時內的遲發性肌肉痛也和氧化應激有關在運動后的2至7天中免疫系統會對運動過程中的出現的損傷進行修復從而使身體素質提高在這個過程中中性粒細胞會產生自由基用以清除受損組織體內過高濃度的抗氧化劑因此會在這個修復過程中妨礙機體的修復和適應補充抗氧化劑也會妨礙從體育鍛煉中獲取健康上的益處這種益處包括胰島素敏感度的增加

不利影響

有較強還原性的酸能起到反營養物質（antinutrient指能阻止人體吸收和利用某些營養素的食物成分）的效果它們會在消化系統中通過與鋅鐵等結合來阻止人體吸收膳食礦物質典型的例子有草酸單寧和植酸它們在以植物性食物為主的飲食結構中含量很高 由于在發展中國家人的飲食結構中肉類的攝入較少而較多攝入含有植酸的豆類和未發酵的全麥面包由此造成在發展中國家的膳食中缺乏鈣和鐵的狀況相當常見