超氧化物是一類含有超氧離子（O2•−）的化合物，它們通常是由氧分子接受一箇不成對電子形成的。超氧化物具有強氧化性，能夠氧化其他物質並導致細胞損傷。在無機化學中，鹼金屬如銫（Cs）、銣（Rb）、鉀（K）的超氧化物（如CsO₂、RbO₂、KO₂）可以通過金屬與氧氣直接反應制備。鈉（Na）的超氧化物（NaO₂）則需要過氧化鈉與氧氣加壓反應來製備。鹼土金屬如鋇（Ba）和鈣（Ca）的超氧化物Ba(O₂)₂、Ca(O₂)₂也已被製得。超氧化鉀（KO₂）在特定條件下可以與二氧化碳反應，生成氧氣和碳酸鹽。此外，超氧化物在有機化學中可以作爲反應物與烯烴反應形成環氧化物。在生物化學中，超氧陰離子O₂⁻是一種活性氧自由基，它在生物體正常代謝過程中產生，並可能導致細胞結構和功能的破壞。生物體內存在超氧化物歧化酶（SOD），它能將超氧陰離子自由基歧化生成過氧化氫和分子氧，從而保護細胞免受氧化損傷。