人体内所有的细胞都是直接或间接地依靠氧来提供能量，但氧代谢又使细胞存在着极大的用氧矛盾，一方面氧是能量产生的基础，另一方面代谢过程中，又会产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）。ROS是具有高反应性并具有氧化作用的物质，含有一个或多个不成对的原子或电子。包括超氧阴离子（O2-•）、过氧化氢（H2O2）、羟自由基（•OH）、单线态氧（1 O2）、一氧化氮（NO）等。ROS是一把双刃剑，一方面，在生理条件下，ROS产生与清除保持动态平衡，ROS处于未激活状态，保持较低水平，能够调节细胞正常功能。另一方面，ROS产生过多，或是机体的抗氧化防御能力的下降，导致氧化和抗氧化失衡，导致氧化应激（oxidative stress，OS），是体内许多的病理生理变化的基础。
人类的生殖细胞，也需要氧来提供能量，同样会产生ROS。如人类精子，最初的ROS是O2-•，为氧与其自身发生歧化反应的产物，在超氧化物岐化酶（SOD）的作用下，产生H2O2，H2O2和O2-•相互作用，能产生更有害的物质羟自由基。正常情况下，由于生殖系统内（如附睾）和精子自身具有的抗氧化物和抗氧化酶类的保护作用，以及精液射出体外后精浆中富含的抗氧化物和抗氧化酶的存在，使ROS的产生和清除处于一种平衡状态。抗氧化酶，如SOD、谷胱甘肽过氧化物酶/谷胱甘肽还原酶（GPX/GRD）系统、过氧化氢酶（CAT）等，另外精浆中还含有许多非酶的抗氧化物，如维生素C（VC）、尿酸、维生素E（VE）、丙酮酸盐、谷胱甘肽、牛磺酸、亚牛磺酸等。这种平衡能保持少量ROS的存在。生理条件下，ROS在精子生理方面起着重要作用，如O2-•、H2O2和NO与精子高度活跃运动、获能及顶体反应有关，ROS引起的脂质过氧化作用能促进精子与透明带结合的能力，以及ROS能增加蛋白的酪氨酸磷酸化，增加cAMP水平，增加酪氨酸激酶的活性，抑制酪氨酸磷酸酶。但是，精液中ROS产生过多，或者ROS水平超过机体的抗氧化防御能力或机体防御功能下降时，如生殖道处于炎症、损伤、缺血再灌注等病理状态或机体在环境污染、重金属、吸烟、酗酒等不良状态影响下，以及在施行人类辅助生殖技术中精子的准备、处理等多个环节中，均能导致氧化与抗氧化的失衡，产生OS。OS往往能造成细胞和组织器官的损伤，能引起一系列生殖系统病理生理的改变。
1943年，McLeod第一次证实在体外有氧条件下人精子会受到损害，活力减低，畸形精子增多，精卵结合能力下降。近年来研究证实，25%～40%的不育男性精液中的ROS的水平都较正常生育男性显著性增高，由于精子膜含有大量的多聚不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA），对于ROS的损害比较敏感，尤其是精子顶体和尾部，而且精子是人体内唯一不能自我修复氧化损伤的细胞，如果精子细胞质的抗氧化能力有限，细胞内抗氧化物酶不足以抵抗ROS的攻击，精子的氧化损伤就不可避免了。
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