La teoria che individua nella reattività dei radicali liberi ossidanti la causa dell’invecchiamento venne formulata nel 1957. I radicali liberi ossidanti o ROS sono prodotti soprattutto dal metabolismo mitocondriale (anche se possono comparire a seguito di radiazioni ionizzanti), spesso rimangono confinati in un compartimento della cellula a causa della loro insolubilità lipidica, possono modificare il DNA e, accumulandosi nelle cellule, ne compromettono la funzionalità. Oltre al DNA, i radicali liberi possono ossidare e quindi danneggiare macromolecole come proteine e lipidi, generando nella cellula un accumulo di lipofuscina. A ridurre la loro pericolosità intervengono composti, come la superossido dismutasi, che trasforma l'anione superossido in perossido d'idrogeno, a sua volta destinato ad essere ridotto dalla catalasi o dalla glutatione perossidasi. Tuttavia, quando i ROS sono troppi, questo meccanismo non funziona in maniera adeguata e di conseguenza vengono coinvolti in reazioni come quella di Haber-Weiss, da cui derivano altri ROS. Le differenze nella longevità tra specie diverse potrebbe a questo punto essere spiegata dalla diversa propensione a produrre ROS o dall’efficacia dei composti antiossidanti con cui la cellula viene protetta dalla loro azione dannosa. Si pensa che la produzione dei radicali liberi ossidanti possa diminuire con la restrizione calorica, che in diversi esperimenti ha dimostrato di allungare la vita di vari organismi, anche se la correlazione tra restrizione calorica e produzione di ROS non è certa.