自由基的产生既然是有机体在正常或病理条件下的常见现象，因此在进化过程中也就形成了一系列对抗自由基，防止其损伤的系统。这种生化学防护系统主要有两大类：低分子自由基清除剂及复合酶系统。
1.低分子清除剂 存在于细胞脂质部分的自由基清除剂有维生素E（α-生育酚）和维生素A（β-胡萝卜素）；存在于细胞内外水相中的自由基清除剂有半胱氨酸、抗坏血酸和谷胱甘肽等，它们能提供电子使自由基还原，故有重要的防护作用。例如维生素E（生育酚）能还原O2-、单线态氧（1O2）、过氧化脂质自由基等；抗坏血酸具有相同作用而且能协助生育酚维持其具有活性的还原状态。β-胡萝卜素是单线态氧（1O2）的有效清除剂并能抑制脂质过氧化。
胞浆中的还原型谷胱甘肽（GSH）与还原型辅酶Ⅱ（NADPH）在某些酶如过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等的协同作用下，能还原H2O2、过氧化脂质、二硫化物及某些自由基。
2.酶性清除剂 细胞内有二种酶可以清除H2O2，即过氧化氢酶和过氧化物酶。如所周知H2O2是OH·自由基的前身，上述两酶可使H2O2浓度降低，从而避免高毒性OH·的产生。这两个酶的细胞内分布，尚不清楚。
细胞内具有清除剂作用的另一个重要酶是超氧化物歧化酶（SOD）。它是一种金属蛋白，可以歧化O2-生成H2O2。哺乳类细胞含有两种SOD。其一是位于胞浆中的CuZn 超氧化物歧化酶，另一是位于线粒体中的Mn超氧化物歧化酶。SOD作用的重要意义，在于清除H2O2及OH·的前身O2-，从而保护细胞不受强毒性氧自由基的损伤。
清除剂的浓度及活性下降必将引起自由基所致之细胞损伤。
