缺血/再灌注损伤机制中的各种学说，无一不与自由基的作用有关。
1.缺血/再灌注时脂质过氧化增强（自由基引发），组织及血浆中脂质过氧化物显着增高，超威结构严重受损。给予抗氧化剂如：维生素E、硒（谷胱甘肽过氧化物酶辅基所含金属）及SOD能显着减轻缺血/再灌注损伤。
2.细胞膜脂质过氧化改变膜酶、离子通道的脂质微环境，从而使膜通透性增高，细胞外钙离子内流。膜上Na+-K+-ATP酶失活，可使细胞内Na+升高，Na+-Ca2+交换增强。而使细胞内钙超载。
3.线粒体膜富有磷脂，缺血/再灌注时自由基引发的线粒体膜脂质过氧化或细胞内形成脂质过氧化物作用于线粒体膜，使膜的液态及流动性改变，从而导致线粒体功能障碍，高能磷酸化物产生减少，自由基产生增多。细胞丧失能量贮备。依靠能量的质膜及肌浆网膜钙泵，由于能量不足不能将肌浆中过多的Ca2+泵出或吸收入肌浆网，致使肌细胞内Ca2+浓度增加，加上由细胞外来的Ca2+终于造成细胞内Ca2+超载，成为细胞致死原因。
4.自由基引发的脂质过氧化造成细胞成分间的交联（脂质-脂质交联、蛋白-蛋白交联、脂质-蛋白交联、蛋白-胶原交联），使整个细胞丧失功能。
5.缺血/再灌注时，微粒体及质膜上的脂加氧酶（lipoxygenase）及环加氧酶（cyclooxygenase）激活，催化花生四烯酸代谢，在加强自由基产生及脂质过氧化的同时形成具有高度生物活性的物质，如前列腺素、血栓素等。很多实验证明，缺血特别是再灌注时血栓素形成增加，前列环素形成减少，因而造成微循环障碍，出现无复流现象。
总之，自由基即使不是缺血/再灌注损伤的唯一发病学因素，至少也是甚为重要的环节。
