Teori penuaan radikal bebas menyatakan bahwa, penuaan terjadi akibat akumulasi radikal bebas dalam jangka waktu lama sehingga menyebabkan kerusakan sel. Radikal bebas merupakan atom atau molekul yang memiliki satu elektron tidak berpasangan pada kulit atom terluar. Meskipun beberapa radikal bebas seperti H2O2 tidak reaktif secara kimiawi, namun dipastikan sebagian besar radikal bebas sangat reaktif. Adanya struktur biologis yang mengalami kerusakan juga erat kaitannya dengan kerusakan fungsional. Peran antioksidan sebagai agen pereduksi dapat membatasi kerusakan struktur dan fungsi biologis dengan cara menghambat, memperpendek pertumbuhan radikal bebas termasuk mengikat ion logam agar tidak terjadi reaksi Fenton.
Pada awalnya pemahaman teori radikal bebas hanya terkait pada oksi radikal seperti superoksida anion (O2−), tetapi teori ini telah diperluas dan mencakup kerusakan oksidatif dari spesies oksigen reaktif lainnya seperti hidrogen peroksida (H2O2), atau peroksinitrit (OONO−), ion hidroksil (OH-) juga dari spesies nitrogen reaktif.