自由基的形成主要有兩種方式：
在一個化學反應中，或在外界（光、熱、輻射等）影響下，分子中共價鍵斷裂，若分裂的結果使共用電子對分屬於兩個原子（或基團），則會形成自由基。具體來說，有機化合物發生化學反應時，總是伴隨著一部分共價鍵的斷裂和新的共價鍵的生成。當共價鍵發生均裂時，兩個成鍵電子的分離，所形成的碎片有一個未成對電子，若是由一個以上的原子組成時，就稱為自由基。自由基主要是由於化合物的共價鍵發生均裂而產生。
自由基也是機體新陳代謝利用氧氣生成的能量時形成的。氧氣是一種化學性質特別活躍的氣體，它總是不停地從其他分子上奪走幾個電子。在生物體的新陳代謝過程中，不斷發生著氧化還原反應，但總有一些電子沒有被氧結合上，這些游離出來的電子在身體組織里到處遊走，從而形成自由基。