Hiệu quả của việc dùng chất chống ôxi hóa để ngăn ngừa bệnh tật cũng đang gây tranh cãi.[16] Trong những cộng đồng người có sức khỏe ở trạng thái nguy hiểm cao như người hút thuốc, liều cao của chất beta carotene làm gia tăng tỉ lệ ung thư phổi.[17] Những nhóm ít nguy hiểm hơn, việc dùng vitamin E giúp giảm bệnh tim.[18] Đối với những bệnh khác (như bệnh Alzheimer), bằng chứng của hiệu quả của vitamin E dưới vai trò là chất phụ thêm vẫn còn nhiều tranh cãi.[19][20] Vì thực phẩm hàng ngày hàm chứa nhiều loại carotenoid và vitamin E (tocopherol và tocotrienol), các nghiên cứu dịch tễ học dựa trên các tài liệu, bệnh án cũ có thể có kết quả không giống với kết quả của các thí nghiệm nhân tạo được thực hiện với các hợp chất được tách ly. Tuy nhiên, loại thuốc nitrone mang tên NXY-059 của công ty AstraZeneca đã thể hiện một số hiệu quả trong việc điều trị đột quỵ.[21]

Ứng kích ôxi hóa (như đã trình bày trong Thuyết gốc tự do về lão hóa của Harman) cũng được cho là đã đóng góp vào quá trình lão hóa. Trong khi có những bằng chứng mạnh cho thuyết này trong các sinh vật như Drosophila melanogaster và Caenorhabditis elegans,[22][23] các bằng chứng gần đây trong phòng thí nghiệm của Michael Ristow cho thấy ứng kích ôxi hóa cũng có thể làm tăng tuổi thọ của loài Caenorhabditis elegans bằng cách kích thích một phản ứng thứ cấp của cơ thể đối với sự gia tăng hàm lượng các chất hình thái ôxi hoạt tính trong thời gian đầu.[24] Quá trình này ban đầu được gọi tên là hiệu ứng hưng phấn độc vật ở ti thể (mitohormesis) dựa trên một nền tảng hoàn toàn mang tính giả thuyết.[25] Trong trường hợp của động vật có vú thì kết quả càng kém rõ ràng hơn.[26][27][28] Các kết quả dịch tễ học gần đây ủng hộ hiệu ứng hưng phấn độc vật và thậm chí cho rằng các chất chống ôxi hóa cũng có thể làm tăng nguy cơ mắc các bệnh thường thấy ở người (mặc dù kết quả này có phần bị ảnh hưởng bởi các nghiên cứu trên người hút thuốc).[29]