Voda je električno nevtralna molekula, ki se lahko tvori s kombinacijo vodikovih ionov in hidroksidnih ionov, kot pri kislinsko-baznih reakcijah. Reakcija je H+ & OH- → H2O, napisana v kemiki. Tu je osamljeni vodikov atom pravzaprav ion, ki ne nosi negativnih elektronov in tako nosi pozitiven naboj, medtem ko ima kombinacija vodika in kisika dva prosta elektrona, ki ji dajeta negativen naboj. Možno je izdelati še eno obliko spojine vodik-kisik, ki nosi samo en prosti elektron, ne pa dva. To je električno nevtralen, a kemično zelo reaktiven hidroksilni radikal.
Kisik je močno elektronegativen, vodik pa elektropozitiven. Poleg tega je atom vodika v primerjavi z atomom kisika precej majhen. Prosti elektron nosi atom kisika, ki “ljubi elektrone”, in ne atom vodika. Populacija prostih radikalov se s časom zmanjšuje zaradi izgubljanja, kot na primer, ko se dva hidroksilna radikala združita in tvorita eno molekulo vodikovega peroksida. Nasprotno pa se zlahka cepljivi peroksidi – zlasti organski peroksidi z velikimi dodatki, ki nagibajo k raztezanju teh vezi, kot je di-terc-butil peroksid ali benzoil peroksid – uporabljajo kot viri prostih radikalov v laboratorijskih in komercialnih sintezah.
Hidroksilni radikal je pomemben, ne samo v laboratoriju in v trgovini, ampak tudi v medicini in v našem ozračju. Onesnaževala z dušikovim oksidom troposfere iz motornih vozil in tovarn se razgradijo, da sprostijo vzbujene atome kisika, •O. Ti posamezni atomi, ki jih ne smemo zamenjati z molekulami kisika, O2, se združujejo z vlago v zraku in se pretvarjajo v hidroksilne radikale, •OH. Obstajajo tudi drugi viri hidroksilnega radikala, ki jih pogosteje opazimo v drugih situacijah, vključno z reakcijo ozona z dvojno vezanimi organskimi spojinami, imenovanimi alkeni. V večini primerov, ki se pojavljajo v naravi, se hidroksilni radikali ne štejejo za zaželene; tako je na področju zdravstva in medicine.
To je zato, ker je hidroksilni radikal majhna in zelo mobilna, v vodi topna oblika prostih radikalov. V človeškem telesu prosti radikali običajno veljajo za nezaželene in so lahko povezani z boleznijo in staranjem. Eden od encimskih sistemov, ki povzroča zaskrbljenost, je dihalni sistem, v katerem prosti radikali napadajo občutljiva telesna tkiva. Atmosferski delci – predvsem ioni prehodnih kovin – so bili prepoznani kot tvorci hidroksilnih radikalov v vlažnih okoljih, kot je pljučno tkivo, in vodijo do pljučnih motenj, vključno z rakom. Hidroksilni radikal je bil povezan tudi s kemičnim napadom na verige DNK.