Air adalah molekul netral secara elektrik yang dapat dibentuk melalui penggabungan ion hidrogen dan ion hidroksida, seperti dalam reaksi asam-basa. Ditulis dalam singkatan ahli kimia, reaksinya adalah H+ & OH- → H2O. Di sini, atom hidrogen tunggal sebenarnya adalah ion, tidak membawa elektron negatif, dan dengan demikian membawa muatan positif, sedangkan kombinasi hidrogen-oksigen memiliki dua elektron bebas, memberikannya muatan negatif. Dimungkinkan untuk menghasilkan bentuk lain dari gabungan hidrogen-oksigen, yang hanya membawa satu elektron bebas, bukan dua. Ini adalah radikal hidroksil yang netral secara elektrik, namun secara kimiawi sangat reaktif.
Oksigen sangat elektronegatif, sedangkan hidrogen elektropositif. Selain itu, atom hidrogen cukup kecil dibandingkan dengan atom oksigen. Ini adalah atom oksigen “pencinta elektron”, bukan atom hidrogen, yang membawa elektron bebas. Populasi radikal bebas berkurang jumlahnya seiring waktu melalui gesekan, seperti, misalnya, ketika dua radikal hidroksil bersatu untuk membentuk satu molekul hidrogen peroksida. Sebaliknya, peroksida yang mudah dibelah — terutama peroksida organik dengan pelengkap besar yang cenderung meregangkan ikatan tersebut, seperti di-tert-butil peroksida atau benzoil peroksida — digunakan sebagai sumber radikal bebas di laboratorium dan sintesis komersial.
Radikal hidroksil penting, tidak hanya di laboratorium dan perdagangan, tetapi juga dalam pengobatan, dan di atmosfer kita. Polutan nitrogen oksida troposfer dari kendaraan bermotor dan pabrik terurai untuk melepaskan atom oksigen yang tereksitasi, •O. Atom individu ini, jangan bingung dengan molekul oksigen, O2, bergabung dengan uap air di udara, berubah menjadi radikal hidroksil, •OH. Ada sumber lain dari radikal hidroksil, lebih sering terlihat dalam situasi lain, termasuk reaksi ozon dengan senyawa organik ikatan rangkap yang disebut alkena. Dalam kebanyakan kasus yang terjadi di alam, radikal hidroksil tidak dianggap diinginkan; demikian halnya dalam bidang kesehatan dan kedokteran.
Ini karena radikal hidroksil adalah bentuk radikal bebas yang kecil dan sangat mobile, larut dalam air. Dalam tubuh manusia, radikal bebas biasanya dianggap tidak diinginkan, dan dapat dikaitkan dengan penyakit dan penuaan. Salah satu sistem enzimatik yang menjadi perhatian adalah sistem pernapasan, di mana radikal bebas menyerang jaringan tubuh yang halus. Partikulat atmosfer – terutama ion logam transisi – telah dikenal sebagai pembentuk radikal hidroksil di lingkungan lembab seperti jaringan paru-paru, dan menyebabkan gangguan paru, termasuk kanker. Radikal hidroksil juga telah dikaitkan dengan serangan kimia pada untaian DNA.