Celulele necesită oxigen pentru utilizarea eficientă a glucozei în respirația celulară, principala metodă pe care majoritatea organismelor o utilizează pentru a obține energie. Legăturile de oxigen la porțiuni ale moleculei de glucoză, eliberând apă, dioxid de carbon și cantitate mare de energie. Celulele utilizează apoi acea energie pentru a genera adenozin trifosfat, abreviat în mod obișnuit ca ATP, principala monedă de energie utilizată de celulă.
Oxigenul este utilizat de multe celule pentru a procesa resursele energetice, iar metabolismul bazat pe oxigen este cel mai eficient, dar nu toate celulele o necesită. Unii care trăiesc în medii cu oxigen scăzut nu o folosesc deloc și este adesea toxic pentru aceste organisme. Fermentația este un exemplu de celule care utilizează surse de energie fără oxigen, dar este mult mai puțin eficient decât respirația celulară.
Oxigenul este de fapt un produs chimic periculos, în general, și în timp ce celulele care îl utilizează beneficiază foarte mult de el, trebuie să aibă, de asemenea, apărare împotriva efectelor sale toxice. Oxigenul este util pentru că reacționează puternic cu carbonul și hidrogenul din glucoză, dar acestea sunt componente majore ale structurilor ADN și ale proteinelor celulare, toate acestea putând fi atacate și distruse de oxigen. Acest lucru este valabil în special în cazul radicalilor liberi, a atomilor singulari de oxigen cu reacție înaltă, care sunt produși în mod constant prin respirația celulară.
