Uno de los posibles resultados de la interacción de un agente químico con un sistema biológico es la metabolización de aquel compuesto a un intermediario químicamente reactivo que, por sí mismo o a través de otros productos secundarios, puede conducir a cambios en la función celular y, en definitiva, a lesiones tisulares generalmente importantes. En esencia la toxicidad de dichos intermediarios se basa en que casi todos son compuestos electrófilos (ver hipervínvulo), con una gran afinidad por zonas ricas en electrones y por ello extraordinariamente reactivos desde el punto de vista químico.

La mayoría de estos intermediarios reactivos son radicales libres. Un radical libre es cualquier molécula que tiene un número impar de electrones en su órbita externa.

Los intermediarios reactivos se pueden generar de forma natural, como subproductos del metabolismo oxidativo (en la fosforilación oxidativa a nivel mitocondrial o durante la síntesis de prostaglandinas). Asimismo, también pueden aparecer como productos secundarios en la biotransformación de xenobióticos (en las reacciones de oxidación microsomal catalizadas por la NADPH-CYP450-reductasa ).

Además, los procesos iniciados por los radicales libres son especialmente perjudiciales por ser "conservativos" y "propagativos". Es decir, la interacción de un radical libre con los componentes celulares puede producir radicales secundarios y terciarios derivados de lípidos, aminoácidos, etc. Esta cascada amplificadora de efectos desencadenados a partir de un radical inicial puede provocar la muerte de la célula.