Les cellules ont besoin d'oxygène pour une utilisation efficace du glucose dans la respiration cellulaire, la principale méthode utilisée par la plupart des organismes pour gagner de l'énergie. L'oxygène se lie à des parties de la molécule de glucose, libérant de l'eau, du dioxyde de carbone et un grande quantité d'énergie. Les cellules utilisent ensuite cette énergie pour générer de l'adénosine triphosphate, communément abrégée en ATP, la principale devise énergétique utilisée par la cellule.
L'oxygène est utilisé par de nombreuses cellules pour traiter les ressources énergétiques, et le métabolisme basé sur l'oxygène est le plus efficace, mais toutes les cellules n'en ont pas besoin. Quelques-uns qui vivent dans des environnements pauvres en oxygène ne l'utilisent pas du tout, et il est souvent toxique pour ces organismes. La fermentation est un exemple de cellules utilisant des sources d'énergie sans oxygène, mais elle est beaucoup moins efficace que la respiration cellulaire.
L'oxygène est en fait un produit chimique dangereux en général, et bien que les cellules qui l'utilisent en bénéficient grandement, elles doivent également avoir des défenses contre ses effets toxiques. L'oxygène est utile car il réagit fortement avec le carbone et l'hydrogène du glucose, mais ce sont également des composants majeurs de l'ADN cellulaire et des structures protéiques, qui peuvent tous être attaqués et détruits par l'oxygène. Cela est particulièrement vrai dans le cas des radicaux libres, des atomes d'oxygène singuliers hautement réactifs qui sont constamment produits par la respiration cellulaire.
