על אף שתגובות חמצון הן הכרחיות לחיים, הן יכולות גם להזיק. לכן, לצמחים ולבעלי חיים יש מערכות מורכבות של נוגדי חמצון מסוגים שונים, למשל גלוטטיון, ויטמין C, ויטמין E, אנזימים כמו קטלאז, סופראוקסיד דיסמוטאז. רמה נמוכה של נוגדי חמצון, או פעילות של מעכבי האנזימים של נוגדי החמצון, תפגע בתאים או תהרוס אותם. הזדקנות של יצורים חיים מתרחשת, בין השאר, עקב ההתקפה המתמדת של מחמצנים על מולקולות התא; לנוגדי החמצון, לפיכך יש השפעה מאריכת חיי תא.

בגלל שהעקה החמצונית קשורה להתפתחות מחלות שונות בגוף האדם, השימוש של נוגדי חמצון בפרמקולוגיה נחקר רבות, בעיקר כטיפול בשבץ מוחי ובמחלות של ניוון עצבי. עם זאת, לא ידוע האם עקה חמצונית היא הגורם או התוצאה של מחלות כאלו. בתוספי תזונה רבים קיימים נוגדי חמצון בתקווה לשמור על בריאות ולמנוע מחלות כמו סרטן ומחלת לב כלילית. על אף שעל פי כמה מחקרים לתוספי תזונה של נוגדי חמצון יש יתרונות בריאותיים, ניסויים קליניים אחרים לא מצאו שום יתרון לתוספים שנבדקו קודם לכן, ועודף של חומרים אלו עלול להזיק. בנוסף לשימושים אלו ברפואה, לנוגדי חמצון יש שימושים תעשייתיים רבים, כמו חומרים משמרים במזון ובקוסמטיקה ומניעת פירוק של גומי ובנזין.