Le poumon, du fait de sa situation anatomique, est particulièrement exposé à divers toxiques inhalés dont les effets peuvent, au moins en partie, être liés à la génération de radicaux libres. Une agression oxydante peut également résulter du métabolisme pulmonaire de substances ingérées ou de l'activation de phagocytes. Les radicaux libres résultent pour l'essentiel, d'une réduction monovalente et séquentielle de l'oxygène moléculaire. La production cellulaire de radicaux libres est avant tout mitochondriale, mais de nombreux enzymes intracellulaires et l'auto-oxydation de petites molécules conduisent également à la formation de métabolites dérivés de l'oxygène. Face à cette production intracellulaire de radicaux libres qui fait partie du métabolisme normal, la cellule dispose de moyens de défense antioxydants de nature enzymatique (superoxyde dismutase, catalase, glutathion peroxydase) et non enzymatique (glutathion, chélateurs du fer, vitamines E et C, ceruleoplasmine...). La toxicité des radicaux libres s'exerce sur les lipides par l'initiation du phénomène de peroxydation lipidique, sur les protéines qui peuvent être inactivées, ou au contraire activées, du fait de l'oxydation de résidus sulfhydrylls. Une dernière cible des radicaux libres est l'ADN avec de possibles mutations ou cassures, mais aussi, une modification des fonctions de transcription. Ainsi, ces dernières années, il a été montré que les oxydants peuvent activer certains facteurs de transcription, tel le NF-kB. Dans ces conditions, les radicaux libres peuvent être considérés comme des seconds messagers intracellulaires. La toxicité pulmonaire de l'oxygène est un modèle qui a été particulièrement bien étudié. Les lésions observées ne sont pas spécifiques. Il est possible d'induire une résistance à 100% d'oxygène par une pré-exposition des animaux à 85% d'oxygène. Ce phénomène de tolérance est associé à une augmentation du contenu pulmonaire en antioxydants. Les mécanismes de régulation génique du système antioxydant sont encore mal connus chez les eucaryotes. D'autres circonstances cliniques impliquent une surproduction pulmonaire de radicaux libres: ischémie-reperfusion, syndrome de détresse respiratoire aiguë, exposition à l'ozone, au NO₂, toxicité pulmonaire de certains médicaments, pathogénie des bronchopathies chroniques obstructives, de l'asthme, carcinogenèse, vieillissement. Dans ces diverses situations il reste difficile de préciser la place relative des radicaux libres par rapport à d'autres mécanismes toxiques. Le développement de thérapeutiques antioxydantes passe par une meilleure compréhension du rôle des radicaux libres en pathologie respiratoire.