Komórki potrzebują tlenu do efektywnego wykorzystania glukozy w oddychaniu komórkowym, głównym sposobie, w jaki większość organizmów zużywa energię. Tlen wiąże się z cząsteczkami glukozy, uwalniając wodę, dwutlenek węgla i duża ilość energii. Komórki następnie wykorzystują tę energię do generowania trójfosforanu adenozyny, zwykle skracanego jako ATP, główna energia używana przez komórkę.
Tlen jest używany przez wiele komórek do przetwarzania zasobów energii, a metabolizm oparty na tlenie jest najbardziej wydajny, ale nie wszystkie komórki tego wymagają. Niektóre osoby żyjące w środowiskach o niskiej zawartości tlenu nie używają go wcale i często są toksyczne dla tych organizmów. Fermentacja jest przykładem komórek wykorzystujących źródła energii bez tlenu, ale jest znacznie mniej wydajna niż oddychanie komórkowe.
Tlen jest w rzeczywistości ogólnie niebezpieczną substancją chemiczną, a podczas gdy komórki, które jej używają, czerpią z niej znaczną korzyść, muszą również posiadać mechanizmy obronne przed jej toksycznymi działaniami. Tlen jest użyteczny, ponieważ silnie reaguje z węglem i wodorem w glukozie, ale są one również głównymi składnikami komórkowych struktur DNA i białek, z których wszystkie mogą być atakowane i niszczone przez tlen. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku wolnych rodników, wysoce reaktywnych pojedynczych atomów tlenu, które są stale wytwarzane przez oddychanie komórkowe.
