在化学史上，自由基（游离基）是一个比较新的领域。1900年刚伯格第一次制得了稳定的三苯甲基自由基，从而确立了自由基的概念。1929年制得甲基自由基。甲基自由基性质非常活泼，只能存在0.001秒。
人们发现自由基是化学实体，这在认识上是一次飞跃。而认识自由基反应的规律性则又是若干年后的事了。1937年卡拉奇等人经过几年的广泛研究，进行500多次实验，发现了“过氧化物效应”，解释了溴化氢和不对称烯烃进行加成反应时，不遵守马尔柯夫尼可夫加成规则的原因，阐明了在过氧化物存在时，这种“反常”现象实质上是正常的现象，因为反应不是按离子型历程进行，而是一种自由基反应历程。这时，人们对自由基的认识已从静态进入动态，面对自由基化学的浩瀚领域，人们不禁惊叹，称它们是“新的”有机化学。从那以后，自由基化学不断发展，在有机化学的理论中，开辟了一个新的研究领域。
在第二次世界大战期间，由于各国对汽油和合成橡胶的巨大需求，极大地推动了自由基反应研究的发展。为了从石油中更多地得到汽油，人们用将碳氢化合物有控制地加热分解或热裂的工业方法制取裂化汽油。还采用催化裂化方法，使重质油在高温和催化剂作用下，发生裂化反应，转变为汽油和柴油等。有机物的热解法是产生自由基与自由基反应的一种方法。在20世纪40年代，高分子工业以更快的速度发展，在自由基聚合理论指导下，相继开发了丁苯橡胶（1937年）、丁腈橡胶（1937年）、丁基橡胶（1940年）等。
在第二次世界大战后，经过30年的持续发展，自由基化学研究的领域大大扩展，在有机化学的理论研究和高分子的聚合反应方面有重大的意义。例如，在高分子材料工业生产中，由自由基聚合反应而生成的高聚物，占高聚物总产量的60％以上。为了延长高聚物的使用寿命，保护高分子材料，在高分子加工过程中所用的加工助剂抗氧剂、光稳定剂，都是以捕获活性自由基，使连锁反应中断为目的，从而起到保护材料的功能。在食品加工工业中使用的食品添加剂抗氧化剂能起到保护食品的作用，其原因是抗氧化剂能提供氢原子，可与食品中的脂肪酸自由基结合，中止自由基的连锁反应，从而使食品不变质。
20世纪80年代以来，自由基化学进入了一个新的发展时期。有关新的自由基研究的报道不断涌现，自由基类型也从含碳和常见含杂原子（氧、氮、硫、卤素）迅速扩展至许多元素自由基（硅、磷、锡、锗、汞等）的研究。
以往，人们常认为自由基化学在有机化学的理论研究和高分子合成应用上有很大的意义，但在有机合成上的价值有限，主要表现在自由基反应的选择性差和反应产率较低。20世纪80年代以来，自由基化学的研究进展正在改变这一观念，自由基反应的选择性控制和反应产率提高方面的研究都取得了很好的结果，改变了人们对自由基反应的认识，成为有机合成的一个重要方向。例如，自由基环化反应，是自由基化学取得的重要进展。自由基离子是一种带有正电荷或负电荷的自由基，它们既是离子，又是自由基，又称离子基。由于自由基离子涉及电子转移反应，这是90年代才引起重视的一个新研究领域，是有机化学的一个新热点。在中性有机分子、碳正离子、碳负离子、自由基等物种之间，在不同条件下可通过电子转移反应途径和自由基离子而相互转变，有时会形成多种反应途径竞争的复杂反应体系。这是对有机化学反应理论的新认识，并为今后定向或合理控制这些活性中间体的演变途径提供了依据。
越来越多的研究成果证明，自由基与许多重要的生命现象及疾病密切相关。在大量的酶催化生命过程、光合作用及其模拟研究中证明了自由基的参与。实验事实充分证明，已知许多原生或次生的自由基均可造成细胞膜或DNA的损伤，其中最引人注意的是各种氧自由基（羟基自由基、超氧负离子自由基和脂类过氧自由基）对机体的损伤。许多研究证明，衰老、癌的诱发与增殖、动脉粥样硬化、关节炎、某些化学物质（如四氯化碳等）引起的肝损伤、辐射伤害等疾病，也可能与生物自由基有关。显然，研究与生命过程有关的自由基化学，尤其是氧自由基对机体的损伤及抗氧化的方法，将为认识生命现象的本质提供有用的信息，为增进人类健康，延缓衰老，防治癌症及其他疑难病症奠定理论基础，具有重大的理论意义与潜在的应用价值。