Najlepiej zbadanymi enzymatycznymi antyoksydantami komórkowymi są: dysmutaza ponadtlenkowa (SOD), katalaza i peroksydaza glutationowa. Słabiej poznanymi (lecz prawdopodobnie tak samo ważnymi) oksydantami enzymatycznymi są peroksydyny i niedawno odkryty sulfideroksin. Inne enzymy o ważnych własnościach (chociaż nie najważniejszych w tym procesie) to paraoksynazy, transferazy glutationowe-S i dehydrogenazy aldehydowe.
Stres oksydacyjny wywołuje uszkodzenie tkanek w wyniku napromieniowania i hiperoksji. Podejrzewa się jego znaczącą rolę (nieudowodnioną) w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Lou Gehriga, choroba Parkinsona, choroba Alzheimera i choroba Huntingtona. Uważa się, że stres oksydacyjny jest powiązany z chorobą sercowo-naczyniową, ponieważ utlenianie LDL w śródbłonku naczyniowym prowadzi do powstania prekursorów blaszki miażdżycowej. Stres oksydacyjny ma także znaczenie w uszkodzeniach związanych z kaskadą ischemiczną powstającą w wyniku reperfuzji następującej po hipoksji. Taka kaskada występuje zarówno w przypadku udaru mózgu jak i zawału serca.