Các kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng, crôm, vanađi và côban có khả năng tham gia xúc tác các phản ứng oxy hóa khử trong đó một điện tử có thể được nhận hoặc bị cho đi bởi nguyên tử kim loại. Việc cho/nhận điện tử này giúp xúc tác các phản ứng sản sinh ra gốc tự do và có thể tạo ra hình thái ôxi hoạt tính. Phản ứng quan trong nhất đó là phản ứng Fenton và phản ứng Haber-Weiss, trong đó một gốc tự do hydroxyl được sản sinh ra từ sắt trong trạng thái khử và hiđrô pêroxide. Các gốc tự do hydroxyl có thể làm biến đổi các amino acid (ví dụ meta-tyrosine và ortho-tyrosine hình thành từ phenylalanine), cacbohydrat, khơi mào sự pêroxide hóa chất béo và oxy hóa các base nucleotid. Phần lớn các enzyme tham gia xúc tác sự sản sinh hình thái ôxi hoạt tính bao hàm một trong những kim loại nêu trên. Sự hiện diện của các kim loại đó trong cơ thể sống ở dạng không phức hợp (tức là không nằm trong một protein hay các phức hợp kim loại mang tính bảo vệ) có thể làm tăng đáng kể mức độ ứng kích oxy hóa. Ở cơ thể người, hiện tượng thừa sắt trong cơ thể có liên quan tới sự tăng mức độ sắt ở trong các mô, bệnh Wilson với việc tăng mức độ đồng và ngộ độc mangan với việc tiếp xúc nhiều với quặng mangan.

Phản ứng của các kim loại chuyển tiếp với protein bị oxy hóa bởi các hình thái ôxi hoạt tính hay hình thái nitơ hoạt tính có thể sản sinh ra các sản phẩm hoạt tính cao tích tụ theo thời gian, điều này sẽ gây ra bệnh tật và sự lão hóa. Ví dụ đối với các bệnh nhân bị bệnh Alzheimer, chất béo và protein bị pêroxide hóa tích tụ trong tiêu thể của tế bào não bệnh nhân.[30]