Cząsteczka tlenu w warunkach normalnych występuje w stanie tripletowym (schemat 1). Takie rozmieszczenie elektronów powoduje, że jest ona stosunkowo mało reaktywna. Anionorodnik ponadtlenkowy ma dodatkowy niesparowany elektron obsadzony na orbitalu *2p, który nadaje mu cechę wolnego rodnika. Warto zwrócić uwagę, iż takie rozmieszczenie elektronów w anionorodniku czyni go paramagnetykiem. Do pełnej redukcji cząsteczki tlenu O2 konieczne jest przyłączenie 4 elektronów oraz 4 protonów . Schemat 2 przedstawia kolejne etapy redukcji cząsteczki tlenu.
Znaczenie biologiczne W ciągu doby procesy oddychania komórkowego u człowieka prowadzą do wytworzenia ok. 1,68 cząsteczek anionorodnika ponadtlenkowego. Rozkład hemoglobiny w wątrobie prowadzi natomiast do powstania ok. 2,5 cząsteczek tej reaktywnej formy tlenu. W fizjologicznym pH komórek ludzkich anionorodnik ponadtlenkowy jest wystarczająco trwały by móc dyfundować w obrębie komórki indukując kaskadę reakcji wolnorodnikowych. Z tego względu w komórkach konieczna jest efektywna obrona przed utleniającym działaniem tego rodnika. Inaktywację anionorodnika ponadtlenkowego prowadzą dysmutazy ponadtlenkowe (SOD, z ang. ). Katalizują one reakcję przekształcenia anionorodnika ponadtlenkowego do nadtlenku wodoru. Produkt tej reakcji jest następnie rozkładany przez katalazy lub peroksydazy.