Stress oxy hoá là sự mất cân bằng giữa quá trình sản sinh các gốc oxy hoạt động và khả năng loại bỏ các ROS của các chất chống oxy hoá sẵn có. Các tế bào tinh trùng dễ bị tổn thương bởi ROS do chúng có nhiều acid béo không bão hoà trong màng sinh chất cũng như tế bào chất, đồng thời tinh trùng bị hạn chế khả năng chống oxy hoá và hệ thống tự sửa chữa DNA. Các ROS ở mức độ nhất định là cần thiết cho sự trưởng thành của tinh trùng, phản ứng acrosome, hoạt hoá và dung hợp với trứng. Tuy nhiên ROS được tạo ra quá mức sẽ lấn át khả năng trung hoà của các chất chống oxy hoá có trong tinh dịch.
Tầm quan trọng của stress oxy hóa trong căn nguyên của khiếm khuyết chức năng tinh trùng đã được công nhận kể từ những nghiên cứu tiên phong của Thaddeus Mann và các cộng sự tại Đại học Cambridge. Những nghiên cứu này đã chứng minh rằng tinh trùng của các động vật có vú nhạy cảm với quá trình peroxid hóa, quá trình này tấn công những phân tử acid béo không bão hòa trong tế bào tinh trùng, từ đó phá hủy màng tế bào và làm hạn chế chức năng của chúng [60]. Những quá trình kích thích liên tục như vậy có thể liên quan đến việc tăng cường sản sinh các gốc tự do (reactive oxygen species-ROS) bởi các tế bào này hoặc giảm hiệu quả bảo vệ chống lại stress oxy hóa [61]. Ảnh hưởng của stress oxy hóa dẫn tới những hệ quả như mất khả năng vận động của tinh trùng, hạn chế phản ứng acrosome để tiến tới dung hợp màng, gây bất thường trong khả năng dung hợp với màng vitelline của trứng hoặc gây phá hủy DNA [62, 63].